[发明专利]一种基于活化能分析的分段式进料比过程控制方法

说明书

本发明涉及一种基于活化能分析的分段式进料比过程控制方法，首先，基于化工生产过程中复合化学反应活化能的分析，确定主反应与副反应在不同温度条件下的反应发生程度不同；然后根据生产工艺流程，建立基于SMPT‑1000的化工生产模型和PCS7自动控制系统，并对模型进行仿真实验；最终确定，三个不同温度段的反应物、催化剂的不同进料比。本发明确定的分段式进料比方法与传统固定进料比方法相比，能够加快化工生产过程反应速率，提高产品反应转化率。

技术领域

本发明涉及连续化工生产过程控制领域，具体涉及一种基于活化能分析的分段式进料比过程控制方法。

背景技术

在实际的化工生产过程中，对反应转化率和反应速率都有较高的要求。能够用最短的时间达到要求的浓度并保持平稳的生产，不仅可以提高产品产量、节约生产时间，还能有效地节约生产成本。生产工艺的化学反应往往都是复合反应，存在着主、副两个平行竞争反应，副反应生成的物质为目的产物的杂质，因此合理的控制主、副反应发生情况，对于提高反应转化率与反应速率是非常有效的。

传统方法往往是固定进料比例，而化工生产过程中不同反应阶段的参数特性，对反应物浓度比例、催化剂用量有不同的要求。由于主反应、副反应的反应放热量、指前因子、活化能等参数的不同，在同一个升温段，主反应与副反应的发生程度也是不同的。实际生产过程中，反应物进料比、催化剂用量对反应过程的影响是耦合并相互影响的，综合考虑反应过程不同阶段及其反应特性，并配置不同的进料比及相应的催化剂用量，对反应进程的控制更为有利。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于活化能分析的分段式进料比过程控制方法，以改进传统进料方法的不足之处。

一种基于活化能分析的分段式进料比过程控制方法，包括以下步骤：

1)根据反应器中复合化学反应的指标参数，包括主反应放热、主反应指前因子、主反应活化能、副反应放热、副反应指前因子、副反应活化能、初始温度，结合阿伦尼乌斯关系式分析，当主反应活化能小于副反应活化能，提升温度加快反应速率时，副反应的速率系数增加更大，副反应更容易发生，其中k为反应速率，R为摩尔气体常量，T为温度，k₀和E_a是两个经验参量，分别为指前参量和活化能；

具体地，根据阿伦尼乌斯关系式：

其中，k为反应速率，R为摩尔气体常量，T为温度，k₀和E_a是两个经验参量，分别为指前参量和活化能，一般由实验测定，相关参数如表1所示。

将式(1)取对数，得：

其中，k(T₁)和k(T₂)分别是在温度T₁和T₂下的反应速率系数。

显然，对于活化能不同的反应，升温段T₂-T₁相同的情况下，E_a越大，反应速率越快。主反应(反应速率为k₁、活化能为E_a1)和副反应(反应速率为k₂、活化能为E_a2)为两个平行竞争反应，由式(2)可得：

当E_a2＞E_a1(主反应活化能小于副反应活化能)，反应温度T₂＞T₁，式(3)右边恒为负，则即主反应速率小于副反应速率。根据活化能的不同确定，主反应速率、副反应速率随温度上升的的关系。

2)用固定进料比方法仿真实验确定温度分段条件、划分点；反应升温段划分。