[发明专利]基于蛇管与夹套双换热器的CSTR温度控制系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及连续搅拌反应釜的温度控制技术领域，尤其是涉及一种基于蛇管与夹套双换热器的CSTR温度控制系统及方法。

背景技术

连续搅拌反应釜(Continuous Stirred-Tank Reactor，简称CSTR)是化工生产中实现各种物理变化和化学反应的过程设备，在反应装置中占有重要地位。在塑料、化纤、合成橡胶三大合成材料生产中，CSTR的数量约占反应器总量的90%以上。此外，在制药、油漆、染料、农药等行业中也大量使用CSTR。CSTR反应温度是连续搅拌反应釜生产过程最重要的参数，反应温度控制品质与生产效率和经济效益密切相关。由于在生产过程中的重要地位，CSTR温度的自动控制一直受到控制领域专业技术人员的关注，并提出了多种可行的控制方法。但现有针对配有蛇管与夹套双换热器CSTR温度的控制方法，并没有充分发挥蛇管换热器和夹套换热器本身的潜力。

对于配有蛇管与夹套双换热器的CSTR，在生产过程中的温度控制可采用夹套换热器单独实现，也可采用蛇管换热器单独实现。

①夹套换热系统的特点是换热效率高（夹套容积大，载热介质在夹套中停留时间长，热交换充分），但响应速度慢（时间常数大）。采用夹套换热器进行日常生产反应温度控制，其优点是能耗低，缺点是动态性能不好，控制精度低，动态偏差大，容易出现温度失控而不得不强制停车的事故。

②蛇管热交换系统的特点是响应速度快（蛇管容积小，时间常数小），但换热效率低（蛇管容积小，载热介质在蛇管中停留时间短，换热不充分）。采用蛇管换热器行日常生产反应温度控制，优点是反应器温度动态性能好，控制精度高，但载热介质一次换热量小、载热介质循环能耗高，经济性差。

显然，这两种控制方案都没有完全发挥蛇管换热器和夹套换热器本身在温度控制方面的潜力，不能兼顾控制品质高和节能降耗两个方面。

而且，从节能降耗、提高经济效益考虑，实际工业生产中基本采用夹套换热器进行CSTR温度控制的单回路控制方案；出现紧急情况时，通过手动操作蛇管换热器流量实现温度快速控制，保证人身和设备安全。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种设计新颖合理，实现方便，使用操作便捷的基于蛇管与夹套双换热器的CSTR温度控制系统。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种基于蛇管与夹套双换热器的CSTR温度控制系统，其特征在于：包括温度控制器，所述温度控制器的输入端接有用于对CSTR的实际反应温度进行实时检测的温度测量装置，所述温度控制器的输出端接有用于对流入蛇管换热器中的载热介质流量进行调节的蛇管流量调节阀和用于对流入蛇管换热器中的载热介质流量进行控制的蛇管流量控制器，所述蛇管流量控制器的输出端接有用于对流入夹套换热器中的载热介质流量进行调节的夹套流量调节阀，所述蛇管换热器的载热介质入口处连接有蛇管载热介质输入管，所述夹套换热器的载热介质入口处连接有夹套载热介质输入管，所述蛇管流量调节阀安装在蛇管载热介质输入管上，所述夹套流量调节阀安装在夹套载热介质输入管上。

本发明还提供了一种换热效率高，控制精度高，载热介质消耗量小，有利于节能降耗，提高CSTR反应生产经济效益的基于蛇管与夹套双换热器的STR温度控制方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

步骤一、CSTR温度信号实时检测及传输：通过温度测量装置对CSTR的实际反应温度进行实时检测，并将所检测到的CSTR实际反应温度信号T_P(t)实时传输给温度控制器；

步骤二、CSTR温度信号实时采集及分析处理：温度控制器对CSTR实际反应温度信号T_P(t)进行实时采集，并通过差值比较器对CSTR实际反应温度信号T_P(t)与CSTR温度设定信号T_S进行差值比较得出温度偏差信号e(t)；然后，温度控制器对温度偏差信号e(t)进行分析处理，得出对对流入蛇管换热器中的载热介质流量进行控制的控制信号u_T(t)；