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
()=dN
E 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。此法采用的示踪剂，既不与被测流体发生化学反应，又不影响流体流动特性，也就是说，示踪物在反应器（设备）内的停留时间分布与被测流体的停留时间分布相同。所以，当注入一定量Q 的示踪物时，经过t →(t +dt )时间间隔流出的示踪物量占示踪物注入总量Q 的分率就是与示踪物注入同时进入系统的物料中，停留时间为t →(t +dt )的那部分流体物料占总流体的物料的分率， 即：
亦即：
()()??=V C t dt
E t dt Q
或
()
()?=
V C t E t Q
(3) V ——流体体积流量，(ml/s) Q ——加入的示踪物总量，(mg)
C (t )——示踪物的出口浓度，(mg/ml)
显然，若测得C (t )-t 的关系，将C (t )乘以
V
Q
，即得E (t )-t 的关系。 （4）E (t )的计算方法
本实验用水为流体，以KCl 为示踪物，用电导率仪测定示踪物KCl 的浓度C (t )随时间的变化关系曲线。KCl 的浓度经仪器转化为电讯号（以mv 值显示），电讯号的相对大小又可以用相对长度（mm ）来表示。如图2中的一条曲线是电讯号V (t )与时间t 的关系曲线。
设C (t )=k ˊV (t
)
图2 V (t )～t 曲线
则由()()=
V
E t C t Q
得， ()()'=
V
E t k V t Q
令'=
V k k Q
则E (t )=kV (t ) 图2中，
001
()()()1()()∞∞===??E t dt
dA V t dt k E t dt A V t dt E t dt
k
()
()=
=dA V t E t Adt A
V (t )——记录曲线图的纵坐标，mm ； k `——比例系数；
A ——V (t )～t 曲线下面的总面积，mm·s 。 由式（10）知，V (t )除以A 即得E (t )。
（5）停留时间分布密度函数E (t )的分析
为了比较、分析不同流动状态下的E (t )，一般用散度（无因次方差）2θσ进行定量比较。如，对于平推流，2θσ=0，对于全混流，2θσ=1，对于一般流动0<2θσ<1。
平均停留时间t 的计算：
()()
=∑∑tE t t E t (4)
方差2t σ的计算
22
2()
()
σ=
-∑∑t t E t t E t （5）
散度(无因次方差) 2θσ的计算
2
2
t 2σθσ=
t
(6)
三、 实验仪器及药品
反应器：4个，Ф110mm ，H=120mm 电导率仪：一台 DDS-302B 型 搅拌器：4台 水槽：1个 计算机：1台 KCl (分析纯) 2.5N 四、 装置流程
水槽
图3 釜式反应器停留时间分布测定装置
五、实验步骤
（1）打开控制柜总电源，之后打开电导率仪的电源开关，校正零点。
（2）将示踪剂倒入示踪剂罐中，备用。
（3）打开水龙头使水槽中充满水。
（4）启动离心泵，调节流量计的开度，是使流量达到适当值，让水充满4个反应釜。
（5）打开个搅拌器开关，至于适当档位上，调节转速以达实验要求。
(6) 打开计算机，进入四釜串联返混装置主画面，点击进入数据采集画面，设定电磁阀开时间，点开始键，待基线回到初始位置时，按停止键保存数据。
（7）加入相同量的示踪剂，分别改变水的流量和反应釜内的搅拌转速，重复以上操作。
(7)实验结束，关搅拌器、电导率仪、计算机、总电源及水阀门。
六、实验数据处理
1、根据单釜、二釜、三釜和四釜的V(t)~t曲线，将其换算成E(t)~t关系。并画出
E(t)~t曲线。
2、检验E(t)数据的归一性。
3、计算平均停留时间、方差和无因次方差。
4、若用多级全混流串联模型描述该流动，计算模型中的釜数N。
七、思考题
(1) 影响多釜串联反应器停留时间分布的因素有哪些？
(2) 根据实验测得的4釜、3釜、2釜及1釜的停留时间分布曲线，比较分析哪一种更接近理想全混流流动模型？
(3) 对于4釜串联的情况，多级全混流串联模型中釜数N 是否等于4？若不等于4，请说明原因，并说明如何操作能是N 尽量接近于4。 八、 自测题
1. 下图的四条实验曲线中，你认为哪条是单釜的曲线 ？哪条是四釜串联的曲线 ？哪条曲线更接近于全混流流动 ？
2004006008001000120014001600
0.0
0.20.40.60.8
1.0D
C
B
电压，m v
时间，s
A
2. 本实验中采用的示踪剂是
A. KCL ；
B. N 2；
C. 颜料；
D. 沙子 3.实验中以 测定示踪物的浓度。
A ．气相色谱仪； B. 电导率仪； C . 压差计； D. 液相色谱 4.示踪剂的注入方式为 。
A. 阶跃式；
B. 脉冲式；
C. 随即式；
D. 周期式
釜式反应器的应用
釜式反应器的应用、技术进展 什么是釜式反应器？一种低高径比的圆筒形反应器，用于实现液相单相反应过程和液液、气液、液固、气液固等多相反应过程。器内常设有搅拌（机械搅拌、气流搅拌等）装置。在高径比较大时，可用多层搅拌桨叶。在反应过程中物料需加热或冷却时，可在反应器壁处设置夹套，或在器内设置换热面，也可通过外循环进行换热。 工业应用，釜式反应器按操作方式可分为：①间歇釜式反应器,或称间歇釜。操作灵活，易于适应不同操作条件和产品品种，适用于小批量、多品种、反应时间较长的产品生产。间歇釜的缺点是：需有装料和卸料等辅助操作，产品质量也不易稳定。但有些反应过程，如一些发酵反应和聚合反应，实现连续生产尚有困难，至今还采用间歇釜。②连续釜式反应器,或称连续釜。可避免间歇釜的缺点，但搅拌作用会造成釜内流体的返混。在搅拌剧烈、液体粘度较低或平均停留时间较长的场合，釜内物料流型可视作全混流，反应釜相应地称作全混釜。在要求转化率高或有串联副反应的场合，釜式反应器中的返混现象是不利因素。此时可采用多釜串联反应器,以减小返混的不利影响，并可分釜控制反应条件。③半连续釜式反应器。指一种原料一次加入，另一种原料连续加入的反应器，其特性介于间歇釜和连续釜之间。间歇式反应器操作灵活，易于适应不同操作条件和产品品种，适用于小批量、多品种、反应时间较长的产品生产。间歇釜的缺点是：需有装料和卸料等辅助操作，产品质量也不易稳定。但有些反应过程，如一些发酵反应和聚合反应，实现连续生产尚有困难，至今还采用间歇釜。 有搅拌器的釜式设备是化学工业中广泛采用的反应器之一，它可用来进行液液均相反应，也可用于非均相反应，如非均相液相、液固相、气液相、气液固相等。普遍应用于石油化工、橡胶、农药、染料、医药等工业，用来完成磺化、硝化、氢化、烃化、聚合、缩合等工艺过程，以及有机染料和医药中间体的许多其他工艺过程的反应设备。聚合反应过程约90%采用搅拌釜式反应器，如聚氯乙烯，在美国70%以上用悬浮法生产，采用10~1503m 的搅拌反应器：德国氯乙烯悬浮聚合采用的是2003m 的大型搅拌釜式反应器：中国生产聚氯乙烯，大多采用13.53m 、333m 不锈钢或复合钢板的聚合釜式反应器，以及73m 、143m 的搪瓷釜式反应器。又如涤纶树脂的生产采用本体熔融缩聚，聚合反应也使用釜式反应器。在精细化工的生产中，几乎所有的单元操作都可以在釜式反应器中进行。 釜式反应器的技术进展 1、大容积化，这是增加产量、减少批量生产之间的质量误差、降低产品成本的有效途径和发展趋势。染料生产用反应釜国内多为6000L 以下，其它行业有的达30m3；国外在染料行业有20000～40000L ，而其它行业可达120m3。 2、反应釜的搅拌器，已由单一搅拌器发展到用双搅拌器或外加泵强制循环。反应釜发展趋势除了装有搅拌器外，尚使釜体沿水平线旋转，从而提高反应速度。 3、以生产自动化和连续化代替笨重的间隙手工操作，如采用程序控制，既可保证稳定生产，提高产品质量，增加收益，减轻体力劳动，又可消除对环境的污染。 4、合理地利用热能，选择最佳的工艺操作条件，加强保温措施，提高传热效率，使热损失降至最低限度，余热或反应后产生的热能充分地综合利用。热管技术的应用，将是今后反应釜发展趋势。>
停留时间分布的测量
停留时间分布的测量 1 固体粒子停留时间分布测量 固体粒子停留时间测量方法有间接法和直接法两种.间接的测量是基于总的固体相速度和相分率,而直接法大多借助示踪剂进行测量. 采用示踪剂测量时.除要求示踪剂具有与被测体系有相同的流动行为外.还要求具有可辨别的其他物理或化学性质.诸如荧光性.导电性.红外或介电性等.最常用的示踪剂是颜色示踪剂.化学示踪剂.磁性示踪剂.放射性示踪剂等. (1)颜色示踪剂方法:对于具有透明壁的设备.颜色示踪剂无疑是简单易行的方法.对于多孔粒子.只需将颜料包埋到粒子中即可.对于非多孔粒子.最简单的方法是将颜料涂在表面.但由于表面的颜料容易脱落.影响测量精度.为此.最好能将颜料均匀地混到粒子中.当然无论是多孔或非多孔体系.颜料须与液相不相溶. 这种方法的优点是形象.直接.其缺点或局限性是要求设备具有透明壁和良好的观察设备.如遥控可移动的摄像机及其良好的光学系统,如果示踪剂被非示踪剂粒子包围.则无法检测到.从面影响精度,同时能够观察到的主要是壁附近的信息.有时难以代表整体的行为,实验后的粒子重新分拣通常是困难的.所以物料难以重复使用.废料的处理也是个问题. (2)化学示踪剂方法:这种示踪剂的化学组成是不同的.所有其他的物理性质与非示踪剂粒子相同.示踪剂必须不与体系中的其他组分发生反应.取样必须有代表性. 2 液相停留时间分布测量 液相停留时间分布常用的测量方法有染料示踪剂测量法.电导示踪法.折射指数法.放射性法和热示踪剂法等. 在采用示踪剂测量方法时.一般要求示踪剂的流动性质.特别是密度.粘度.界面张力和互溶性等必须尽可能接近于被测试介质.同时为了保证相似性.对于水溶性体系建议用水溶性电解质作为示踪剂.对于有机体系则采用可溶于有机物的物质作示踪剂. 如果混合体系中含有多孔固体.或者容器内壁.或内部构件易于吸收示踪剂.那么一些示踪剂就会被吸附到这些材料上.从而增大测量难度.此时就要设法选择一种不易被吸附的材料作示踪剂. (1)染料示踪剂测量法:这种测量方法的原理很简单.首先将示踪剂在进口区注入.如果釜壁是透明的.可以目测示踪剂的运动轨迹.通常是将相应的检测器置于进口和出口处.根据两处浓度的变化曲线计算停留时间分布.这种方法的优点是测量直接.迅速.成本低,缺点是对于非常深色的体系或重油的体系.难以找到合适的染料. (2)电导示踪法:这种方法通常用于被测体系是非电导的.面引入电导介质作示踪剂.电导率随浓度的不同而变化.常用的电解质有NaCl.KCl等.该方法具有简单.迅速.易于使用等优点,但一般只用于水溶性体系. (3)折射指数法:这种方法引入了折射指数.明显不同于被测体系的介质作为示踪剂的方法.测量原理类似于前面的方法.该方法使用简单.响应迅速,但也只适用于透明体系. 3 气相停留时间分布测量 气体停留时间的测量非常类似干前面用于固体粒子和液相体系的测量方法.其中化学示踪剂法是使用最广泛的一种测量方法.常用的示踪气体是氦.
实验一多釜串联连续流动反应器中停留时间分布的测定
实验一 多釜串联连续流动反应器中停留时间分布的测定 一、实验目的 本实验通过单釜与三釜反应器中停留时间分布的测定，将数据计算结果用多釜串联模型来描述返混程度，从而认识限制返混的措施。 1、掌握停留时间分布的测定方法； 2、了解停留时间分布与多釜串联模型的关系； 3、掌握多釜串联模型参数N 的物理意义及计算方法。 二、实验原理 在连续流动的反应器内，不同停留时间的物料之间的混和称为返混。返混程度的大小，一般很难直接测定，通常是利用物料停留时间分布的测定来研究。然而在测定不同状态的反应器内停留时间分布时，可以发现，相同的停留时间分布可以有不同的返混情况，即返混与停留时间分布不存在一一对应的关系，因此不能用停留时间分布的实验测定数据直接表示返混程度，而必须借助于反应器数学模型来间接表达。 物料在反应器内的停留时间完全是一个随机过程，须用概率分布方法来定量描述。所用的概率分布函数为停留时间分布密度函数E (t)和停留时间分布函数F (t)。 停留时间分布密度函数E (t )的物理意义是：同时进入的N 个流体粒子中，停留时间介于t 到t +dt 间的流体粒子所占的分率dN/N 为E (t )dt 。 停留时间分布函数F (t )的物理意义是：流过系统的物料中停留时间小于t 的物料所占的分率。 停留时间分布的测定方法有脉冲输入法、阶跃输入法等，常用的是脉冲输入法。当系统达到稳定后，在系统的入口处瞬间注入一定量Q 的示踪物料，同时开始在出口流体中检测示踪物料的浓度变化。 由停留时间分布密度函数的物理含义，可知： E (t )dt ＝VC (t )/Q (1) ?∞ =0)(dt t VC Q (2) 所以 ? ? ∞ ∞ = = )() ()() ()(dt t C t C dt t VC t VC t E (3)
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 ()=dN E 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。此法采用的示踪剂，既不与被测流体发生化学反应，又不影响流体流动特性，也就是说，示踪物在反应器（设备）内的停留时间分布与被测流体的停留时间分布相同。所以，当注入一定量Q 的示踪物时，经过t →(t +dt )时间间隔流出的示踪物量占示踪物注入总量Q 的分率就是与示踪物注入同时进入系统的物料中，停留时间为t →(t +dt )的那部分流体物料占总流体的物料的分率， 即： 亦即： ()()??=V C t dt E t dt Q 或 () ()?= V C t E t Q (3) V ——流体体积流量，(ml/s) Q ——加入的示踪物总量，(mg) C (t )——示踪物的出口浓度，(mg/ml)
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. 釜式反应器的结构设计 包括：设备结构、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、设计要求 1.学生要按照任务书要求，独立完成塔设备的机械设计； 2.根据设计计算书、图纸及平时表现综合评分。 四、设计说明书的内容 1.符号说明 2.前言 （1）设计条件； （2）设计依据； （3）设备结构形式概述。 3.材料选择 （1）选择材料的原则； （2）确定各零、部件的材质；
（3）确定焊接材料。 4.绘制结构草图 （1）按照工艺要求，绘制工艺结构草图； （2）确定裙座、接管、人孔、控制点接口及附件、内部主要零部件的轴向及 环向位置，以单线图表示； （3）标注形位尺寸。 5.标准化零、部件选择及补强计算： （1）接管及法兰选择：根据结构草图统一编制表格。内容包括：代号，PN,DN, 法兰密封面形式，法兰标记，用途）。补强计算。 （2）人孔选择：PN,DN,标记或代号。补强计算。 （3）其它标准件选择。 6.结束语：对自己所做的设计进行小结与评价，经验与收获。 7.主要参考资料。 【设计要求】： 1.计算单位一律采用国际单位； 2.计算过程及说明应清楚； 3.所有标准件均要写明标记或代号； 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的数据一致。如果装配图中有修改，在说明书中要注明变更； 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。
停留时间分布与反应器答案(李绍芬)
5 停留时间分布与反应器 5.1设F(θ)及E(θ)分别为闭式流动反应器的停留时间分布函数及停留时间分布密度函数，θ为对比时间。 （1） （1） 若该反应器为活塞流反应器，试求 （a ） （a ） F(1)(b)E(1)(c)F(0.8)(d)E(0.8)(e)E(1.2) (2)若该反应器为全混流反应器，试求 （a ）F(1)(b)E(1)(c)F(0.8)(d)E(0.8)(e)E(1.2) (3) 若该反应器为一个非理想流动反应器，试求 （a ）F(∞)(b)F(0)(c)E(∞)(d)E(0)(e)0∞ ? ()E d θ? (f)0∞ ? ()E d θθ? 解：（1）因是活塞流反应器，故符合理想活塞流模型的停留时间分布，由（5.33-5.36）式可得： (a)F(1)=1.0(b)E(1)=∝(c)F(0.8)=0(d)E(0.8)=0(e)E(1.2)=0 （2） （2） 因是全混流反应器，故符合理想全混流模型的停留时间分布，由 （5.33-5.36）式可得： （a ）F(1)=1-e -1=0.6321 (b)E(1)=e -1=0.3679 (c)F(0.8)=1- e -0.8=0.5507 (d)E(0.8)= e -0.8=0.4493 (e)=E(1.2)=0.3012 （3） （3） 因是一个非理想流动反应器，故可得： （a ）F(∞)=1 (b)F(0)=0 (c)E(∞)=0 (d)E(0)>1 (e)0 ∞?()E d θ? =1 (f) 0 ∞ ? ()E d θθ? =1 5.2用阶跃法测定一闭式流动反应器的停留时间分布，得到离开反应器的示踪剂与时间的关系如下： 022 2313 ≤??=-≤≤??≥? ()t c t t t t 试求： （1） （1） 该反应器的停留时间分布函数F(θ)及分布密度函数E(θ)。 （2） （2） 数学期望θ及方差2 θσ。
化工专业实验：停留时间分布的测定
停留时间分布的测定 一、实验目的 1. 了解利用电导率测定停留时间分布的基本原理和实验方法； 2. 掌握停留时间分布的统计特征值的计算方法； 3. 掌握用理想反应器串联模型来描述实验系统的流动特性。 二、实验原理 停留时间分布测定所采用的方法主要是示踪响应法。它的基本思路是：在反应器入口以一定的方式加入示踪剂，然后通过测量反应器出口处示踪剂浓度的变化，间接地描述反应器内流体的停留时间。常用的示踪剂加入的方式有脉冲输入、阶跃输入和周期输入等。本实验选用的是脉冲输入法。 脉冲输入法是在极短的时间内，将示踪剂从系统的入口处注入主流体，在不影响主流体原有流动特性的情况下随之进入反应器。与此同时，在反应器出口检测示踪剂浓度c(t)随时间的变化。整个过程可以用图1形象地描述。 示踪剂加入示踪剂检测 Ｑ∞Q (a) 脉冲输入法 C C t=0 t (b) 脉冲输入(c) 出口响应 图1 脉冲法测停留时间分布 脉冲输入法测得的停留时间分布代表了物料在反应器中的停留时间分布密度即E(t)。若加入示踪剂后混合流体的流率为Q，出口处示踪剂浓度为C(t)，在dt时间里示踪剂的流出量为Qc(t)dt，由E(t)定义知E(t)dt是出口物料中停留时间在t与t+dt之间示踪剂所占分率，若在反应器入口加入示踪剂总量为m 对反应器出口作示踪剂的物料衡算，即 （１） 示踪剂的加入量可以用下式计算 （２） 在Ｑ值不变的情况下，由（１）式和（２）式求出：
（３） 关于停留时间的另一个统计函数是停留时间分布函数F(t)，即 （４） 用停留时间分布密度函数E(t)和停留时间分布函数F(t)来描述系统的停留时间，给出了 很好的统计分布规律。但是为了比较不同停留时间分布之间的差异，还需要引入另外两个统 计特征值，即数学期望和方差。 数学期望对停留时间分布而言就是平均停留时间_ t ，即 （５） 方差是和理想反应器模型关系密切的参数，它的定义是： （６） 若采用无因次方差2Θσ则有22 2/t t σσΘ=对活塞流反应器02=Θσ,而对全混流反应器 12=Θσ;对介于上述两种理想反应器之间的非理想反应器可以用多釜串联模型描述。多釜串 联模型中的模型参数Ｎ可以由实验数据处理得到的 2Θσ来计算。 21N σΘ= （７） 当Ｎ为整数时，代表该非理想流动反应器可以用Ｎ个等体积的全混流反应器的串联来建 立模型。当Ｎ为非整数时，可以用四舍五入的方法近似处理，也可以用不等体积的全混流反 应器串联模型。 三、实验设备的特点 1. 本实验装置数据稳定,重现性好, 使用方便，安全可靠。 2. 本装置设备紧凑，功能齐全。 四、装置、流程及试剂
连续均相反应器停留时间分布的测定实验报告
实验日期 2015.5.29 成绩 同组人×××（2）、×××（3）、×××（4）、×××（5）、×××（6）闽南师范大学应用化学专业实验报告题目：连续均相反应器停留时间分布的测定 12应化1 ××12060001××B1组 0 前言 实验目的：1,、了解管式反应器的特点和原理；2、掌握脉冲示踪法测定管式反应器和釜式反应器内物料停留时间分布测定和数据处理方法；3、掌握活塞管式反应器和全混流反应器内物料的停留时间分布密度函数E(t)和停留时间分布函数F(t)的特点及其数学特征；4、学会用理想反应器的串联模型来描述实验的流动性。[1] 实验原理：由于反应器内流体速度分布不均匀，或某些流体微元运动方向与主体流动方向相反，因此使反应器内流体流动产生不同程度的返混。在反应器设计、放大和操作时，往往需要知道反应器中返混程度的大小。停留时间分布能定量描述返混程度的大小，而且能够直接测定。因此停留时间分布测定技术在化学反应工程领域中有一定的地位。 停留时间分布可用分布函数F（t）和分布密度E（t）来表示，两者的关系为： 测定停留时间分布最常用的方法是阶跃示踪法和脉冲示踪法。阶跃法： 脉冲法： 式中：C(t)——示踪剂的出口浓度。Co——示踪剂的入口浓度。[2] Vs———流体的流量Qλ——示踪剂的注入量。
由此可见，若采用阶跃示踪法，则测定出口示踪物浓度变化，即可得到F（t）函数；而采用脉冲示踪法，则测定出口示踪物浓度变化，就可得到E（t）函数。 1 实验方案 1.1 实验材料 三釜串联反应器 1.2 实验流程与步骤 实验流程图： 实验步骤： （1）准备工作 ②饱和KNO3液体注入标有KNO3的储瓶内。 ②连接好入水管线，打开自来水阀门，使管路充满水。 ③查电极导线是否正确。 （2）操作 ①打开总电源开关，，开启水阀门，向朝内注水，将回流阀开到最大，启动水泵，慢慢打开进水转子阀门通过“管式/釜式”阀门转向“釜式”一侧，直管坏了，只做三釜串联反应实验，调节水流量维持在30-40L/h之间的某值，直至釜1内有少量水，并能正常流出。 ②开启电磁阀开关和电导仪总开关。 ③“示踪剂/清洗水”阀门转向示踪剂一侧。
连续搅拌釜反应器中乙酸乙酯的水解反应
实验报告 课程名称：化工专业实验指导老师：黄灵仙成绩：________________ 实验名称：连续搅拌釜反应器中乙酸乙酯的水解反应实验类型：反应工程实验 一、实验目的和要求 二、实验内容和原理 三、主要仪器设备 四、操作方法和实验步骤 五、实验数据记录和处理 六、实验结果与分析 七、讨论、心得 一、实验目的 1．了解和掌握搅拌釜反应器非理想流动产生的原因； 2．掌握搅拌釜反应器达到全混流状态的判断和操作； 3．了解和掌握某一反应在全混釜中连续操作条件下反应结果的测量方法，以及与间歇反应器内反应结果的差别。 二、实验原理 在稳定条件下，根据全混釜反应器的物料衡算基础，有 A m A A A m A A A A x C C C C C C V F r ττ0000)1()()=-=-= （－（1） 对于乙酸乙脂水解反应： OH H C COO CH H COOC CH OH 52-3K 523-+?→?+ A B C D 当C A0=C B0，且在等分子流量进料时，其反应速度(－r A )可表示如下形式： 2 20A 20 2 A 02)1))/exp()A A A A A x kC C C C RT E k kC r -=-==（（（－（2） 则根据文献（物化实验）的乙酸乙酯动力学方程，由（1），（2）可计算出x A 2 20A m )1A A A x kC x C -=（τ（3） 同时由于C A0∝(L 0-L ∞)，C A ∝(L t -L ∞)，由实验值得： )( 100∞ ---=L L L L x t A （4） 式中： L 0,L ∞—— 分别为反应初始和反应完毕时的电导率 L t —— 空时为m τ时的电导率 根据反应溶液的电导率的大小，由（4）式可以直接得到相应的反应转化率，由（3）式计算得到相同条件下的转化率，两者进行比较可知目前反应器的反应结果偏离全混流反应的理论计算值。 专业： 姓名： 学号： 日期： 地点：
实验一 填充管式反应器液体停留时间分布及其流动模型参数的测定
实验一 填充管式反应器 液体停留时间分布及其流动模型参数的测定 一、实验目的 当流体(气体或液体)流经填充层进行均相反应，或者流体通过固体颗粒层(固定床)进行非均相反应或非均相催化反应时，由于各种原因造成流体质点在反应器内停留时间不一，形成不同的停留时间分布。不同的停留时间分布直接影响反应结果，如反应的最终转化不同。填充管式反应器或固定床反应器均可视为连续流动的管式反应器，其理想流动模型为活塞流模型。这类反应器的理想流动模型能够的检验，实现理想流动的边值操作条件的确定，以及非理想流动反应器的流动模型和模型参数的确定，都应先通过实验测定流体流经反应器的停留 时间分布。 停留时间分布的实验测定方法通常用两种方法：脉冲激发——响应法和阶跃激发——响应法。本实验以水为主体流体，以氯化钾饱和溶液为示踪剂，采用脉冲输入的方法测定流体流经填充层或固定床层的停留时间分布。这种方法不仅用于检验或确定填充管式均相反应器和固定床均相反应器的流动模型，也适用于填料塔等传质设备。 通过本实验掌握一种测定停留时间分布的实验技术，同时初步掌握对流体流经固体颗粒层这类是设备的流动模型检验和模型参数的实验测定方法。毫无疑问。通过实验对于数学模 型方法和流动模型等方面的有关概念，原理和方法会有更深入的理解。 二、实验原理 采用脉冲激发——响应法测定停留时间分布的实验方法，是当主流流体以恒定的体积流率流经具有一定堆积的填充层时，在反应器如口出瞬时脉冲注入一定量的示踪剂，与此同时在反应器出口处检测示踪物浓度与时间的关系曲线，即t t c -)(曲线，并可转化为停留时间 分布密度与时间的关系曲线，即t t E -)(曲线。 由停留时间分布实验曲线可以定性地诊断流体流经反应器的流动状况。停留时间分布属于随机变量的分布，概率上还可以定量地用数字特征加以描述，表征这种随机分布的数字特 征主要是数学期望和方差。 (1) 停留时间分布的数学期望，t ) 随机变量的数学期望也就是该变量的平均数。流体流经反应器停留时间分布的数学期 望也就是停留时间的平均值。停留时间分布数学期望的定义式为 ? ?∞∞ = 0)()(dt t E dt t tE t ) (1)
停留时间分布测定个人总结
停留时间分布测定个人总结 专业化学工程与工艺 班级化工1102 姓名xxx 实验地点天津工业大学实训中心为期一周的停留时间分布测定实验终于告一段落，这是大学里最后一个集体实验，实验中我负责计时及数据记录。实验前我们查阅资料掌握了实验的基本原理及步骤，实验时通过老师的讲解和同学们互相讨论最终将一个个问题解决，顺利完成了整个实验。虽然实验原理并不难，但相似的步骤和漫长的数据记录还是要求我们耐心。经过这次的测试技术实验,我个人得到了不少的收获,一方面加深了我对课本理论的认识,另一方面也提高了实验操作能力。现在我总结了以下的体会和经验。 这次的实验大致可以分为2大块，首先是管路的连接，这和我们以前做泵的串并联实验相似。只是要加入电导率仪。确定管路无误后。开始第二步，不同浓度的氯化钾的加入，然后记录时间。实验中有个问题需要注意，就是电导率仪的量程有限，因此需要把氯化钾稀释到百倍水平，不然会造成电导率仪爆表。下面是这次实验的几个思考题。 从所得结果，解释对理想情况偏离的产生原因？ 答：1管路中有少量气泡，计数的误差等有关。2.连接图中弯道过多。3.将示踪剂打进管路的地方离反应釜较远。 2思考研究停留时间分布在化学工程中有什么实际意义？
答：流体粒子在系统中的停留时间有长有短，有些很快便离开了系统，有些则经历很长一段时间才离开，从而形成停留时间分布。通过停留时间的测定，了解实际反应器内的流动状况及设备的性能，从而确定反应器是否符合工艺和制定改进设备的方案及措施。 3.选择氯化钾作示踪剂的优点有哪些？ 答：首先氯化钾在水中的溶解度很大，能够得到较大浓度的溶液，且分子量相对较大，这样作为示踪剂可以在溶液中停留相对较长的时间，容易进行捕捉和测量，且导电性能较好，容易测其电导率，因此具有较好的实验效果。
连续搅拌反应釜系统的设计与仿真
吉林化工学院毕业设计说明书 连续搅拌反应釜系统的控制器设计与仿真Controller Design and Simulation for CSTR 学生学号：11510210 学生姓名：严新宇 专业班级：自动1102 指导教师：王野 职称：工程师 起止日期：2015.03.09～2015.06.26 吉林化工学院 Jilin Institute of Chemical Technology
吉林化工学院信控学院毕业设计说明书 摘要 连续搅拌反应釜（CSTR）是发酵、化工、石油生产、生物制药等工业生产过程中应用最广泛的一种化学反应器，其控制质量直接影响到生产的效益和质量指标。对连续搅拌反应釜通过控制内部的工艺参数，如温度、压力、浓度等稳定，保证反应的正常运行。本文针对连续搅拌反应釜的数学模型，应用泰勒展开得到了线性状态空间表达式，在此基础上设计了LQR控制器，仿真结果表明，控制效果令人满意。 本设计将CSTR的非线性动态模型进行了输入输出线性化，得到CSTR线性状态空间模型。设计出连续搅拌反应釜的极点配置控制器并对系统进行仿真。设计出连续搅拌反应釜的LQR控制器并对其系统进行仿真。并对两种控制方法的控制效果进行了比较。 关键词：连续反应搅拌釜；LQR控制器；MATLAB仿真 I
连续搅拌反应釜系统的控制器设计与仿真 Abstract Continuous stirred tank reactor (CSTR) is the most widely used in fermentation, chemical engineering, petroleum production, bio pharmaceutical and other industrial production process as a chemical reactor, control the quality directly affect the production efficiency and quality index. For continuous stirred tank reactor by controlling the process parameters, such as temperature, pressure, concentration and so on, ensure the normal operation of the reaction. In this paper, based on a continuous stirred reactor mathematical model, the application of Taylor expansion is obtained for the linear state space representation, on this basis, design the LQR controller. Simulation results show that the control effect is satisfactory. In this paper, the nonlinear dynamic model of CSTR is linearized, and the CSTR linear state space model is obtained. The pole assignment controller for continuous stirred tank reactor was designed and the simulation of the system was carried out. The LQR controller of the continuous stirred tank reactor is designed and the system is simulated. The control effect of the two control methods is compared. Key Words: Continuous Stirred Tank; LQR Controller; MATLAB Simulation II
停留时间分布讲义3
实验五 连续流动搅拌釜式反应器停留时间分布的测定 1实验的意义和目的 在研究工业生产反应器内进行的液相反应时，不仅要了解浓度、温度等因素对反应速度的影响，还要考虑物料的流动特性和传热与传质对反应速度的影响。由于种种原因造成的涡流、速度分布等使物料产生不同程度的返混。返混不仅会改变反应器内的浓度分布从而影响反应率，同时还会给反应的放大、设计带来很大的困难。 反应器的返混程度是很难直接观察和度量的。返混会产生两个孪生现象：其一是改变了反应器内的浓度分布；其二是造成物料的停留时间分布。测定物料的停留时间分布是一种比较简单的方法。因此，通常采用测定停留时间分布的来探求反应器的返混程度。通过测定反应器的停留时间分布，对过程的物理实质加以概括和简化，可以概括出流动模型。 本实验的目的是： （1） 解反应器中物料返混的现象； （2） 掌握停留时间分布的实验测定方法； （3） 掌握脉冲法测定停留时间分布的数据处理的方法； （4） 排除实验障碍，正确测定实验数据。 2实验原理 应用应答技术，利用脉冲加入示踪物的方法，在连续流动搅拌釜式反应器中进行停留时间分布测定。在系统达到稳定后，瞬间将示踪物注入搅拌釜中，然后分析出口流体中示踪物的浓度变化，并且通过出口流量V 和浓度C p ，示踪物的加入量M 来计算其停留时间分布，即： 分布密度函数：0 .()()p p p V C C dF t E t dt M C dt ∞===?； 分布函数：0 00 ()t t p p p C dt V C dt F t M C dt ∞==???； 平均停留时间：0 000 ()()p p t E t dt tC dt t E t dt C dt ∞∞∞∞?==????；
连续搅拌釜式和管式反应器液相反应的动力学参数测定
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： dt dn dV r F F A v A 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 V F 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 ；
串联流动反应器停留时间分布的测定
实验三串联流动反应器停留时间分布的测定 在连续流动反应器中进行化学反应时，反应进行的程度除了与反应系统本身的性质有关外，还与反应物料在反应器中停留时间长短有密切关系。停留时间越长，则反应越完全。停留时间通常是指从流体进入反应器开始，到其离开反应器为止的这一段时间。显然对流动反应器而言，停留时间不象间歇反应器那样是同一个值，而是存在一个停留时间分布。造成这一现象的主要原因是流体在反应器内流速分布的不均匀，流体的扩散，以及反应器内的死区等。 停留时间分布的测定不仅广泛应用于化学反应工程及化工分离过程，而且应用于涉及流动过程的其它领域。它也是反应器设计和实际操作所必不可少的理论依据。 一．实验目的 1．通过实验了解停留时间分布测定的基本原理和实验方法。 2．掌握停留时间分布的统计特征值计算方法 3．学会用理想反应器的串联模型来描述实验系统的流动特性。 二．实验原理 停留时间分布测定所采用的方法主要是示踪响应法。它的基本思路是：在反应器入口以一定的方式加入示踪剂，然后通过测量反应器出口处示踪剂浓度的变化，间接地描述反应器内流体的停留时间。常用的示踪剂加入的方式有脉冲输入、阶跃输入和周期输入等。本实验选用的是脉冲输入法。 脉冲输入法是在极短的时间内，将示踪剂从系统的入口处注入主体流，在不影响主流体原有流动特性的情况下随之进入反应器。与此同时，在反应器出口检测示踪剂浓度c(t)随时间的变化。整个过程可以用图３—１（a）形象地描述。 示踪剂检测示踪剂加入 Ｑ∞Q （a）脉冲输入法
c 0 c 0———————————————— C C t=0 t t (b) 脉冲输入 (c) 出口响应 图３－１脉冲法测停留时间分布 脉冲输入法测得的停留时间分布代表了物料在反应器中的停留时间分布密度即E(t)。若加入示踪剂后混合流体的流率为Q ，出口处示踪剂浓度为C （t ），在dt 时间里示踪剂的流出量为Qc(t)dt ，由E(t)定义知E(t)dt 是出口物料中停留时间在t 与t+dt 之间示踪剂所占分率，若在反应器入口加入示踪剂总量为m 对反应器出口作示踪剂的物料衡算，即 Qc(t)dt=mE(t)dt （１） 示踪剂的加入量可以用下式计算 m=?∞ 0)(dt t Qc （２） 在Ｑ值不变的情况下，由（１）式和（２）式求出： E (t)=?∞0 )()(dt t c t c （３） 关于停留时间的另一个统计函数是停留时间分布函数F(t)，即 F (t)= ?∞ 0)(dt t E （４） 用停留时间分布密度函数E(t)和停留时间分布函数F(t)来描述系统的停留时间，给出了很好的统计分布规律。但是为了比较不同停留时间分布之间的差异，还需要引入另外两个统计特征值，即数学期望和方差。 数学期望对停留时间分布而言就是平均停留时间_t ，即 _t ＝??∞ ∞00 )()(dt t E dt t tE ＝?∞0)(dt t tE （５） 方差是和理想反应器模型关系密切的参数，它的定义是： _ 022 )(t dt t E t i ?∞-=σ 2 （６） 若采用无因次方差2 Θσ则有2Θσ_ 2/t i σ=2对活塞流反应器02=Θσ,而对全混流反应器12=Θσ;对介于上述两种理想反应器之间的非理想反应器可以用多釜
【CN109870908A】一种用于连续搅拌釜式反应器系统的采样控制方法【专利】
(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910146505.1 (22)申请日 2019.02.27 (71)申请人 南京理工大学 地址 210094 江苏省南京市玄武区孝陵卫 200号 (72)发明人 李实 邹文成 张晶 向峥嵘 (74)专利代理机构 南京理工大学专利中心 32203 代理人 马鲁晋 (51)Int.Cl. G05B 13/04(2006.01) (54)发明名称 一种用于连续搅拌釜式反应器系统的采样 控制方法 (57)摘要 本发明公开了一种用于连续搅拌釜式反应 器系统的采样控制方法，该方法包括以下步骤： 首先建立连续搅拌釜式反应器系统的状态空间 模型；然后对于一个采样周期内系统不发生切换 时与一个采样周期内系统发生切换时的情况，分 别构造相应的李雅普诺夫函数，并设置相应的控 制率；最后设置采样周期与平均驻留时间以使构 造的李雅普诺夫函数有界，证明闭环系统的稳定 性，从而完成连续搅拌釜式反应器系统的采样控 制方法。本发明的采样控制方法使连续搅拌釜式 反应器系统在不同运行条件下具有更好的性能 与鲁棒性，且方法简单，使控制成本显著降低，且 更加便于用微处理器实现，具有较高的工程实用 价值。权利要求书4页 说明书5页 附图1页CN 109870908 A 2019.06.11 C N 109870908 A
1.一种用于连续搅拌釜式反应器系统的采样控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、根据连续搅拌釜式反应器系统结构图，建立连续搅拌釜式反应器系统的模型，然后建立连续搅拌釜式反应器系统的状态空间模型； 步骤2、根据步骤1建立的连续搅拌釜式反应器系统的状态空间模型，构造当一个采样周期内系统不发生切换时的李雅普诺夫函数，并设置相应的控制率； 步骤3、根据步骤1建立的连续搅拌釜式反应器系统的状态空间模型，构造当一个采样周期内系统发生切换时的李雅普诺夫函数，并设置相应的控制率； 步骤4、在步骤2和步骤3的基础上，设置采样周期与平均驻留时间以使构造的李雅普诺夫函数有界，即完成连续搅拌釜式反应器系统的采样控制。 2.根据权利要求1所述的用于连续搅拌釜式反应器系统的采样控制方法，其特征在于，步骤1所述根据连续搅拌釜式反应器系统结构图，建立连续搅拌釜式反应器系统的模型，然后建立连续搅拌釜式反应器系统的状态空间模型，具体为： 步骤1-1、根据连续搅拌釜式反应器系统结构图，建立连续搅拌釜式反应器系统的模型 为： 式中，C A 为反应物A浓度，为反应物入口浓度，为反应物入口温度，T 1为反应器温度，V为反应器的体积，V ρ为流体的体积，C P 为流体的热容量，R为气体常数，E为活化能，q σ为进料流速，UA为传热常数，T c 为冷却液温度，a 0为反应速率常数，ΔH为反应焓，f为饲料流指数，ρ为流体密度，为“*”的导数； 步骤1-2、由步骤1- 1的模型建立连续搅拌釜式反应器系统的状态空间模型为： 式中，x 1,x 2均代表系统状态，h 1,σ(t),h 2,σ(t)代表控制增益，f 1,σ(t),f 2,σ(t)代表未知连续非线性函数，σ(t)为切换信号，u代表控制器输入， 表示为如下形式： 式中，t k 为采样点，k为正整数。 3.根据权利要求2所述的用于连续搅拌釜式反应器系统的采样控制方法，其特征在于，步骤2所述根据步骤1建立的连续搅拌釜式反应器系统的状态空间模型，构造一个当采样周期内系统不发生切换时的李雅普诺夫函数，并设置相应的控制率，具体为： 当一个采样周期内系统不发生切换时，即当切换信号满足如下形式时： σ(t k )＝σ(t k+1)＝l (4) 式中，l为切换的第l个子系统； 权 利 要 求 书1/4页2CN 109870908 A
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。 2.工艺过程及数学模型工艺过程及数学模型分析分析 2.1 CSTR 工艺过程分析 CSTR 在化工生产的核心设备中占有相当重要的地位，在染料、医药试剂、食品及合成材料工业中，CSTR 得到了广泛的应用。 在CSTR 中，反应原料以稳定的流速进入反应器，反应器的反应物料以同样稳定流速流出反应器。由于强烈搅拌的作用，刚进入反应器的新鲜物料与已存留在反应器的物料在瞬间达到完全混合，使釜内物料的浓度和温度处处相等。同样，在反应器出口处即将流出反应器的物料浓度也应该与釜内物料浓度一致，因此流出反应器的物料浓度与反应器内的的物料浓度相等。连续搅拌釜式反应器中的反应速率即由釜内物料的温度和浓度决定。 2.2 CSTR 的数学模型分析 CSTR 是一个存在严重非线性的动态系统，针对该系统的建模、状态估计和控制都存在着相当的难度。一般常规的线性控制方法已不能满足要求，为了提高其性能，必须采用先进的控制技术。 本文针对某化工过程CSTR 系统，在符合实际情况的条件下假设：系统物料混合是完全的；流出物料的体积等于流入物料的体积；同时不失一般性，假定反应釜中所发生的是一级不可逆放热反应。系统的结构如图1所示。