反應(yīng)過(guò)程溫度控制是反應(yīng)過(guò)程操作中十分重要的一環(huán),也是相對(duì)復(fù)雜的部分。溫度控制的技術(shù)水平往往直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量??刂频男ЧQ于溫度控制方法。常見(jiàn)的反應(yīng)溫度控制分為升溫、恒溫、降溫幾個(gè)階段,或者需要經(jīng)歷多次升溫、恒溫、降溫過(guò)程(取決于工藝要求)。根據(jù)工藝的不同夾套循環(huán)介質(zhì)一般有水、導(dǎo)熱油、蒸汽、冷凍鹽水等。在升溫階段要求在少能耗下或短時(shí)間內(nèi)或按照一定的速度使反應(yīng)溫度達(dá)到工藝要求的恒溫溫度。如何判斷的過(guò)渡切入點(diǎn)(即關(guān)升溫?zé)崴y或蒸汽閥或?qū)嵊烷y的點(diǎn)),如何實(shí)現(xiàn)過(guò)渡到恒溫的溫度波動(dòng)小,需要一些優(yōu)化的算法。過(guò)渡階段要求時(shí)間短,并要求平穩(wěn)地進(jìn)入恒溫控制段;恒溫階段要求反應(yīng)溫度控制在工藝要求的偏差范圍內(nèi)。為了實(shí)現(xiàn)這些溫控目標(biāo),需要采用溫度控制優(yōu)化技術(shù)如溫度預(yù)測(cè)算法、過(guò)渡算法、恒溫控制算法等,才能有效地滿足各個(gè)階段的溫度控制要求。
以下是某種反應(yīng)過(guò)程的控制技術(shù)是實(shí)例:該反應(yīng)前期需要升溫、恒溫時(shí)放熱反應(yīng)需要通夾套冷卻水降溫、后期需要降溫。各階段控制的描述:?升溫階段在升溫階段,熱水閥打開(kāi),通過(guò)夾套循環(huán)將夾套熱量傳遞給反應(yīng)釜內(nèi),釜內(nèi)溫度逐漸升高,若釜內(nèi)溫度升的太高進(jìn)入過(guò)渡階段,則可能無(wú)法平穩(wěn)過(guò)渡到恒溫階段,同時(shí)也增加了升溫時(shí)間,浪費(fèi)了熱能;若釜內(nèi)溫度升的太低進(jìn)入過(guò)渡階段,則可能需要較長(zhǎng)時(shí)間才能達(dá)到恒溫設(shè)定溫度,甚至需要二次升溫,將會(huì)嚴(yán)重影響產(chǎn)品質(zhì)量。因此尋找一個(gè)的關(guān)熱水時(shí)刻(過(guò)渡切入點(diǎn)),對(duì)升溫控制很重要。采用溫度預(yù)測(cè)算法,可以獲得的控制。
溫度預(yù)測(cè)算法以設(shè)定釜溫T0、釜溫測(cè)量值T1、夾套溫度測(cè)量值T2=(T2+T3)/2三者為主要參數(shù),以?shī)A套溫度變化率、釜內(nèi)溫度變化率或者反應(yīng)釜傳熱條件及熱平衡算法等為輔助模塊,使得在小能耗下縮短升溫時(shí)間。其簡(jiǎn)單形式如下:T1≥T0-(T2-T0)×σ-K①其中 K :補(bǔ)償系數(shù)σ:測(cè)量系數(shù)?過(guò)渡階段進(jìn)入過(guò)渡階段,熱水閥關(guān)閉,夾套通過(guò)冷水調(diào)節(jié)閥,將多余的熱量置換出去。在置換過(guò)程中有可能出現(xiàn):
(1)夾套補(bǔ)充冷水太多,使得釜溫遲遲不能達(dá)到設(shè)定反應(yīng)溫度;
(2)夾套補(bǔ)充冷水太少,夾套溫度偏高,抑制不住釜內(nèi)溫度上升趨勢(shì),釜溫超調(diào)導(dǎo)致恒溫段釜內(nèi)溫度波動(dòng)太大,需要長(zhǎng)時(shí)間的控制調(diào)整。這些將直接影響到裝置生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。過(guò)渡給水采用離散算法,能有效控制釜內(nèi)溫度上升速率,達(dá)到迅速平穩(wěn)切入恒溫的目的。通過(guò)給夾套離散補(bǔ)充冷卻水,將反應(yīng)釜內(nèi)溫度上升速率控制在一定范圍之內(nèi),其補(bǔ)充水量(幅度)與離散周期時(shí)間主要由釜內(nèi)溫度變化率與循環(huán)水溫度決定。在過(guò)渡算法中還引入了多級(jí)溫度保護(hù)機(jī)制以避免夾套溫度降得太低延長(zhǎng)過(guò)渡時(shí)間或二次升溫。?恒溫階段溫度波動(dòng)是由于反應(yīng)過(guò)程放熱量與帶走熱量不平衡引起的。當(dāng)釜溫上升時(shí),反應(yīng)熱就會(huì)迅速增加,反過(guò)來(lái)又提高了反應(yīng)溫度,如不及時(shí)移走熱量,溫度迅速升高即會(huì)造成產(chǎn)品報(bào)廢或問(wèn)題;若某一隨機(jī)干擾使釜溫下降時(shí),如不及時(shí)調(diào)節(jié)循環(huán)量,溫度會(huì)迅速下降即會(huì)造成反應(yīng)速度過(guò)慢或停止。由于在過(guò)渡階段采用離散算法的特殊控制手段,保證了釜溫能平穩(wěn)地進(jìn)入恒溫階段。切入恒溫后,在正常情況下將設(shè)定釜溫(T0)作為PID串級(jí)調(diào)節(jié)回路中主環(huán)(PID1)設(shè)定值,釜內(nèi)溫度(T1)為主環(huán)測(cè)量值,夾套溫度(T2)為副環(huán)測(cè)量值。