[发明专利]一种基于前馈-反应机理模型的反应器温度自动控制方法

权利要求书

1.一种基于前馈-反应机理模型的反应器温度自动控制方法，包括以下步骤：

(1)将反应物进料流量信号、反应物进料温度信号、反应器温度信号、反应器中反应物的浓度信号输送至反应热热量计算模块；

(2)通过热量累积速率方程，计算出反应器内热量累积速率或反应器内热量累积速率变化率；

(3)根据控制要求，将步骤(2)中计算的反应器内热量累积速率或反应器内热量累积速率变化率经过换算得到一个前馈值，将该前馈值输送至反应器温度控制器；

(4)将反应器温度信号输送至反应器温度控制器，反应器温度控制器将反应器温度信号的值与反应器温度控制器的温度设定值的偏差按照一定的计算算法进行计算，计算得到反应器换热介质的流量或温度参数的预调节值；

(5)将步骤(4)中计算得到的反应器换热介质的流量或温度参数的预调节值与步骤(3)中的前馈值送至反应器换热介质调节装置上，并将步骤(4)中计算得到的反应器换热介质的流量或温度参数的预调节值与步骤(3)中的前馈值加和，作为反应器换热介质的流量或温度参数的实际调节值对反应器换热介质的流量或温度进行调节；

所述步骤(2)中反应器内热量累积速率或反应器内热量累积速率变化率的计算方法如下：

①当反应器内发生反应的反应方程式为：

aA+bB→cC (1)

反应物A与反应物B进行反应生成生成物C，其中，A、B为反应物，a、b分别为反应物A、B的化学计量数，C为生成物，c为生成物C的化学计量数；

反应器内所发生反应的反应动力学方程为：

r＝kc_A^mc_Bⁿ (2)

其中，r表示反应速率，k为反应速率常数，c_A、c_B分别为反应器中反应物A、反应物B的浓度，m、n分别为反应物A、反应物B的反应级数；

则在反应器内热量累积速率为：

Q_i＝F_AC_mA(T_A-T_r)+F_BC_mB(T_B-T_r)+kc_A^mc_BⁿQ_r (3)

其中Q_i为反应器内热量积累速率，F_A、F_B分别为反应物A、B的质量流率，C_mA、C_mB分别为反应物A、B的比热容，T_A、T_B、T_r分别为反应物A、反应物B和反应器温度，Q_r为反应器内所发生反应的反应热；

反应器内热量累积速率变化率为：

其中，ΔQ_i为反应器内热量累积速率变化率，Q_i1为前一时刻反应器内热量累积速率，Q_i2为当前时刻反应器内热量累积速率，Δt为前一时刻与当前时刻的时间间隔,Δt取值范围为1s-1h；

②当反应器内发生可逆反应，正反应为反应物D与反应物E、反应物F进行反应生成生成物G、生成物H；逆反应为反应物G与反应物H进行反应生成生成物D、生成物E、生成物F,可逆反应方程式为：

其中，D、E、F为反应物，d、e、f分别为反应物D、E、F的化学计量数，G、H为生成物，g、H为生成物G和H的化学计量数；

反应器内所发生反应的反应动力学方程为：

r＝k₁c_D^Oc_E^Pc_F^Q-k₂c_G^Xc_H^Y (5)

其中，r表示反应速率，k₁、k₂分别为正、逆反应速率常数，c_D、c_E、c_F、c_G、c_H分别为反应器中反应物D、反应物E、反应物F、生成物G、生成物H的浓度，O、P、Q、X、Y分别为反应物D、反应物E、反应物F、生成物G、生成物H的反应级数；

则在反应器内热量累积速率为：

Q_i＝F_DC_mD(T_D-T_r)+F_EC_mE(T_E-T_r)+F_FC_mF(T_F-T_r)+(k₁c_D^Oc_E^Pc_F^Q-k₂c_G^Xc_H^Y)Q_r (6)

其中Q_i为反应器内热量积累速率，F_D、F_E、F_F分别为反应物D、E、F的质量流率，C_mD、C_mE、C_mF分别为反应物D、E、F的比热容，T_D、T_E、T_F、T_r分别为反应物D、反应物E、反应物F和反应器温度，Q_r为反应器内所发生反应的反应热；

反应器内热量累积速率变化率为：

其中，ΔQ_i为反应器内热量累积速率变化率，Q_i1为前一时刻反应器内热量累积速率，Q_i2为当前时刻反应器内热量累积速率，Δt为前一时刻与当前时刻的时间间隔，Δt取值范围为1s-1h。