反应釜设计及其温度控制系统.docx
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反应釜设计及其温度控制系统
反应釜设计及其温度控制系统
化工机械专业
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技改与创新
化动及表，0,11:
~9工自化仪243（）6606CotladIrmetihmianutnrnntunnCeclIdyor
（.1河北工业职业技术学院，河北石家庄009;.5012中钢集团工程设计研究院，河北石家庄001）501
此方案不是在各种情况下都是最适用或最经济的。
在精细化工行业中，反应釜是常用的一种反应容器，而温度是其主要被控制量，是保证产品质量的一
去年，我们为一家小型化工厂设计了一套反应釜及其温度自动控制系统。
该系统由一台加热油箱和四个反应釜组成，配套设备为一台真空泵和一台加压泵。
个重要因素。
反应釜利用导热介质通过反应釜的夹套来提高
釜内物料的温度，通过搅拌机的搅拌使物料均匀、提高导热速度，使其温度均匀。
导热介质的选择根并据各厂产品的工艺温度要求确定的，见的导热介常质有过热蒸汽和导热油。
温度测量常用热电阻或热电偶及其变送器组成。
通入反应釜的导热介质要求保持温度恒定，通过调节流入反应釜夹套的导热介质的流量，来控制
厂方要求每个反应釜的有效容积为1I;每个n反应釜均能被单独控制操作，以选则不同的工艺可
釜内投放基本材料（始搅拌，.开开始加热，加温至10o。
4C）
反应釜内物料的温度符合工艺要求。
现代工业的发展，对产品质量提出了更高的要求，反应釜内物料的温度常常要求被恒定在41C或更小的范围内，-o靠手工调节流量的做法已经不能满足要求了，能流智
量调节控制被赋予新的历史使命。
2反应釜温度控制要求
气动薄膜电动执行阀加PD调节装置是现代工I业典型的反应釜温度控制系统，其基本组成为：
被控对象（反应釜）检测变送装置（电偶温度计）控、热、制装置（调节器）与执行调节机构（动薄膜执行气
c预溶（.定时，保持10o恒定）4C。
d二次投料（.监测料门是否关闭，步温升至逐10℃）6。
阀）四大部分。
自动控制系统控制流程图如图1所示。
e一次反应（.定时，保持10℃恒定）6。
f三次投料（测料门是否关闭，步温升至.监逐15o。
7C）
g二次反应（.定时，保持15o恒定）7C。
.值l..
（气动薄膜调节阀+/QD转换器）
1一:
…
h抽真空（时）.定。
i停真空、加热同时加压排料。
.停j检测到出料口压力为零，.则排料结束。
:
被控量f反应温度）测量值两i画一检测变送装置卜=—————l!
:
。
.……一一，一一一
垫皂揖斛避但挛馨
…
k流程结束。
.3温度控制系统组成
该方案被各领域广泛应用，由于薄膜阀系统但本身管路复杂，求有气源，要且对气源要求高，以所收稿日期：
030-020-73
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第1期
夏
晨等.应釜设计及其温度控制系统反
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根据厂方要求及生产工艺在进行设计过程中，我们注意到三个关键因素：
加热油箱的容积及其①
通过上述几项措施，我们最大限度地提高反应釜的热均匀度及其热效率。
温度控制；反应釜本身的热均匀度及热效率；②③采用何种导热介质流量控制方式。
为了有利于反应釜温度控制，热油箱采取恒加温控制，制温度可设定，定温度控制范围0~控设
考虑到系统比较小，动薄膜阀本身有一些缺气陷，我们没有采用常规的气动薄膜
电动执行阀+IPD调节装置的控制方式控制导热介质的流量，而是另辟蹊径，采用了变频驱动器直接拖动齿轮泵电机的
20℃。
由于溶剂所需反应温度较高，热介质选6导用导热油30闪点3℃）采用四组u型电加热2（02;器加热；温度测量选用一支长度为60m的Pl05mt0热电阻作为传感器。
加热油箱容积的确定，当有应
变频齿轮泵方式给反应釜夹套供油的方式，通过改变齿轮泵的转速来改变导热介质流量。
具体控制是由上位计算机与变频器件通过R-2R-5转换S2/S438接头直接通讯，改变交流马达变频器的输出频率，从而改变齿轮泵驱动电机的转速，而改变了齿轮泵进的转速及其输出流量来达到流量控制的目的。
利用
利于反应釜温度控制。
如果太小，当几个反应釜同时开始，油箱内的油就会很快经历一个循环，温度其波动也就会很大，不利于反应釜温度控制；加热油箱容积如果太大，所需加热器功率就很大。
根据经验
变频齿轮泵实现导热介质流量控制虽非常规控制方式，但它实现了数字化控制，直接受上位机控制，反
及计算，我们选择加热油箱容积为2n。
i热均匀度及热效率是衡量反应釜好坏的一个重要参数。
影响反应釜热均匀度及热效率的因素包括反应釜夹套形式、搅拌机浆叶的搅拌效率、反应釜本身的保温密封效果等。
现有的大多数反应釜釜身多是由内外两张钢板围焊而成的桶身，中间除一些加强连接外没有导热介质导流装置。
这对于导热介质要求流速较低的反应釜的热效率影响不会太大，但对于导热介质流速
应速度快、制精度高。
而且对于这套控制系统而控言，由于反应釜较小，数量不多，用变频齿轮泵控采
制流量比气动薄膜电动执行阀+PD调节装置的控I制方式还要经济实用。
我们采用每个反应釜配一个棒式Pl0热电t0阻，将其插于反应釜内测定釜内物料温度。
在精细化工行业中，经常出现糊锅的问题，对产品质量有很大影响，甚至产生废品。
对此，我们采取
拌机浆叶与釜壁的间隙，免部分物料长期粘接避在釜壁，影响热传导。
较高的反应釜热效率有很大影响。
当导热介质流速达到一定值后，由于压差增大，很容易在进口和出口间形成直排通路即短路，图2示，如而在其它位置形成导热介质涡流滞留，这部分导热油不能有效外排，形成循环死角，而使反应釜夹套内各处冷热不均，从使热效率下降，内温度降低。
加快导热介质流速釜反而使釜内温度降低的这种情况，不符合想通过改变导热介质流量（流速）有效控制反应釜内溶剂来
对数据采集以及输出信号的控制我们采用A.DA50E系统。
AA50M00DM00系列数据采集及控制系统是专门为工业自动化数据采集及自动控制而设计。
AA50E系统包括一个lDM006位微处理器、一
温度要求。
所以在反应釜的设计当中，在反应釜夹套内设置了管状螺旋式导流装置，导热介质充分使流过反应釜夹套，并在夹套最顶部设置了排气阀
个电源转换器、一个R-2通讯口、S23一套R-8S5通4讯口、以及一个八槽基板。
AA50DM00系统通过R.S22或R-83S5通讯口受上位机控制；配置多种4可I0/模块；干扰能力强。
在本文所述的控制系统抗
套
中，选择三个5103三通道RD输入模块，于温度T用测量；选择两个5600六RLY输出模块控制加热EA油箱四路加热棒、四个反应釜搅拌电机以及真空泵、
搅拌机的搅拌效果，是保证釜内物料均匀及其温度均匀的关键因素。
为此，我们设置了三层浆叶，并减小了与釜壁的间隙。
反应釜本身的保温密封效果，减少反应釜热是散失、提高反应釜热效率的关键因素之一。
为此我们也做了相关的工作。
加压泵；选择一个5800计数/率模块监视搅拌机频的速度；选择一个5502十六D模块用于输入反应I釜启动、止，门开关状态；择一个55停料选06十六DO模块控制各反应釜的真空阀及加压阀以及声光报警器。
利用上位机的串口CM1与AA50ODM0E直接通讯来达到控制目的；利用上位机的串口还
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化工
自动化及仪表
第3卷1
CM2O通过R
-3/S8S22R-5转换器与四个反应釜的4
Irnihnfu（）=1eT
变频控制器通讯并对其控制，进而达到导热介质流量控制的目的。
4温度控制系统软件实现
Iaoei1Tefwk（）=hnaoei=wk（）0EdInf
好的硬件还需要好的软件支持才能收到好的效果。
我们利用VB语言进行了软件的编制。
部分程序节选如下：
Itl=ef某a2TnfghFrio30=0T
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C给出投料提示ae1Iueife￣m（）t（）T某=“tui.et预熔”acri（,）=（umni16umni1cri（,）0+Tmi-e1Itvl10）6r.nr/00/0eafumni1tnihnIcri（,）Porali.aee￣m（）rer（）vl=ueigBuEle
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门已关，已启动”uhi.iCl=&HOF0p（）FloolrCF0rBiU（）=1EnfdI
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夏
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（接第6上5页）
方法互补，以满足用户在使用中的要求。
在编程上选用V通过调用MSOB,CM控件完成仪表
44数据处理模块与通信下位机模块.数据处理模块的作用是从A中获取转换值，D
并根据系统参数判断采样类型，确定其上下限，从而转换得到最终结果。
其中还包括滤波和校正程序，
的通信任务。
传输数据波特率不高，传输协议借鉴了网络传输协议的核心思想，可实现校检、出错重试等多种功能，以保证工作时程序的稳定性和数据的完整性。
上位机程序将仪表传来的数据按照特定的
尽量减小电路噪声和元件的漂移对测量值所产生的影响，而得到精确结果。
模块还包括数据存储和从读出程序，负责将转换后的数据存储在存储芯片，或从其中读出。
在数据存储和读出程序中，有数据都
格式转换并存储，以便对管道腐蚀预测分析提供完整的数据。
5应用情况2003年曾数次到沈秦电气化铁路沿线的锦州
校验程序，以保证数据的正确性。
通信下位机模块用于同上位机程序按照约定的协议进行通信以传输数据。
仪表与上位机利用串口进行通信。
由上位机程序向下位机程序发送指令，下位机执行指令并按照带校检的格式将数据传输至上位机。
上位机程序的任务是读出存储在仪表中的数据，并将其按照要求的格式存储在特定的文件中。
输油管线地带和沈北铁岭一带的输油管线（哈大电气铁路旁）用该测试仪进行测试，续2使连4h采集交直流管地电位变化数据（采样周期为1）为防S止仪表失窃，仪表全部埋入地下。
现场测试结果将表明，仪表运行稳定，测量精度完全满足技术要求，明显提高了对地下输油管网进行腐蚀预测、分析的效率。
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