基本介紹
- 中文名：連續攪拌釜式反應器
- 外文名：Continuous stirred tank reactor
- 縮寫：CSTR
- 套用：生產塑膠、化纖、合成橡膠
- 行業：製藥、油漆、燃料、農藥
- 參數：反應溫度
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連續攪拌釜式反應器
連續攪拌釜式反應器（ContinuousStirredTankReactor，CSTR）是化工生產中進行各種物理變化和化學反應廣泛使用的設備，在反應裝置中占有重要地位。在塑膠、化纖、合成橡膠三大合成材料生產中，CSTR的數量約占合成生產反應器總量的90%以上。此外，在製藥、油漆、燃料、農藥等行業中，也大量使用。由於在實際生產過程中的廣泛套用和重要性，CSTR的自動控制一直受到控制領域專業技術人員的關注。
在CSTR系統中最重要的參數是反應溫度，CSTR溫度控制的品質直接影響產品質量和產量。例如在聚氯乙烯（Polyvinylchloride，PVC）生產過程中，由於相鄰兩個型號PVC樹脂的聚合溫度相差僅2～3℃，這對聚合溫度的控制要求相當高。如果聚合溫度超出一定的偏差，就會影響產品的質量，嚴重的導致PVC樹脂轉型。而釜溫波動過大則會使聚合度分布不均，PVC樹脂質量下降。如果反應釜移熱不及時可能導致爆聚，引發生產事故；移熱過多又可能導致僵釜，所以聚合過程對反應溫度的要求相當嚴格。另外由於化學反應過程中轉化率等過程參數的測量方法非常複雜，控制反應溫度成為一種間接控制產品質量的有效方法。
由於CSTR中化學反應機理較為複雜，反應物（或催化劑）濃度及流量、反應釜壓力、加熱（或冷卻）裝置類型、熱劑（或冷劑）溫度及其流量等對溫度控制的影響較大，使系統本身具有較大的時變性、非線性和時滯性。而自動控制領域專業技術人員提出了多種可行的控制方案，滿足了生產過程的基本要求，但有些溫度控制方案並沒有充分發揮CSTR控制裝置和控制系統的潛力，在控制性能方面存在很大的改善空間。而過程裝備、控制裝置與控制系統的快速發展，為CSTR先進控制方案的研究與套用提供了可能。
連續攪拌釜結構
攪拌釜的釜壁由傳熱速率高的鋁製材料製成，釜體為不鏽鋼材料，釜體內部為襯鋁結構，頂部裝有馬達可帶動釜內攪拌器旋轉。一般是通過焊接形成的密閉空間的鋼結構。利用溫度介質通入此空間來進行釜體內部物料的加熱或冷卻。釜體內部攪拌器的形狀和大小對生產過程中物料反應產生影響。在釜體內部攪拌器的攪拌中，反應釜內的反應物料的濃度會均勻混合。反應釜內會安裝溫度感測器來線上實時測量溫度變化。
連續攪拌釜反應過程
連續攪拌釜進行反應前，先通過進料口將反應物料與催化劑按配比投入釜內，反應溫度由反應釜夾套內的通入的高壓蒸汽提供。當釜內溫度達到生產設定值時，需要保持釜內溫度恆定在一個穩定值。可以說恆溫階段對於產品質至關重要。有時在恆溫後還需要二次升溫和恆溫。在反應過程中反應物料會產生放熱反應，且反應的放熱速率與反應溫度之間是成正比的。在構建攪拌釜模型時可從控制指標、物料平衡和能量平衡、約束條件三個方面設計控制目標和控制手段。控制指標的選擇是攪拌釜控制方案中的一個關鍵，控制指標可選擇直接指標量，如產品產量，或者間接指標量，如溫度、壓力。反應釜中的指標大多都是綜合性指標。為了保證反應的質量，就需要穩定相關控制參數值。經常用的控制方案有物料流量自動控制，流量比值自動控制，反應釜入口溫度控制以及冷卻劑流量控制。物料和能量平衡方面，為了保持能量平衡，防止在化學反應過程中熱量的聚集產生“聚爆”，需要按時清理攪拌釜中的惰性物料，來保證反應有序的進行。在反應釜操作的安全性方面，反應釜採取一系列的約束條件來保證反應釜設備的可靠性。
