间歇式化学反应器

胡鸿翔

1工艺流程介绍

间歇式化学反应器是生产苯酚过程中不可缺少的磺化工段的主要设备。其工艺流程如图1-1所示。

首先把硫酸罐（高位槽）中的浓硫酸定量放进反应釜里，然后连续注入苯汽，其最大流量可达2500立升/小时，用加热油（变压器油）连续加热4小时左右，其反应温度为120℃，进行化学反应方程式如下：

C6H6 + H2SO4 = C6H5SO3H + H2O （吸热反应）

最后产品C6H5SO3H（苯磺酸）由反应器底部放料，未反应完的苯汽，通过分层分离器以后回收再使用。主要控制指标是反应物的转化率，但是现在无法直接测量。

2有关数据和已知条件

① 反应器动态特性可以近似的看成一阶惯性环节，其放大倍数Kp= 0.8，时间常数Tp=1.5分。

② 硫酸加入量2吨。

③ 苯最大流量2500立升/小时。

④ 变压器油温度200℃，最大流量5吨/小时。

⑤ 反应器规定值为120℃。

⑥ 反应所需时间约4小时。

⑦ 加热油管内径25㎜。

⑧ 苯流量（回流管）管内径20㎜。

⑨ 加热蒸汽管内径50㎜。

⑩ 加热蒸汽最大流量500m3 /h，压力6㎏/ m3。

3 控制方案的确立

根据工艺过程的简述，以及性能指标的要求，确定使用的控制方案是一个串级控制和一些简单回路控制。采用串级控制系统的部分是对反应釜内温度和加热油流量的控制。因为采用单回路的控制系统虽然简单但对于加热油所受的外部扰动作用小，如加热油控制阀阀前温度的变化，系统的抗扰动能力弱，都可能影响控制系统的品质。为此我们采用串级控制系统，在串级回路中，主控对象是反应釜内的温度，其输出作为加热油流量控制的给定值，所以加热油的流量是被调参数，反应釜内的温度是调节参数。……