化工生產在我國國民經濟建設中占有很重要的地位,而反應釜是化工生產中實現(xiàn)化學反應的主要設備之一。但對釜內混合物的溫度、壓力的控制，還完全局限于依賴人工控制。當前人工控制方式的不穩(wěn)定性，已經成為生產中的一個薄弱環(huán)節(jié)。因此反應釜控制采用自動化控制是未來趨勢。

一、反應釜工藝

反應釜的基本結構如下圖所示。反應釜由攪拌容器和攪拌機兩人部分組成。攪拌容器包括簡體、換熱元件及內構件。攪拌器、攪拌軸及其密封裝置、傳動裝置等統(tǒng)稱為攪拌機。

在進行化學反應之前，先將反應物按照一定的比例進行混合，然后與催化劑一同投入反應釜內，在反應釜的夾套中通以一定的高壓蒸汽，高壓蒸汽通過反應釜的夾套提高釜內物料的溫度，通過攪拌器的攪拌使物料均勻并提高導熱速度，使其溫度均勻。當釜內溫度達到預定的溫度時，保持一定時間的恒溫以使化學反應正常進行，反應結束后進行冷卻。有時在恒溫后還要進行二次升溫和恒溫。恒溫段是整個工藝的關鍵，如果溫度偏高或偏低，會影響反應進行的深度和反應的轉化率，從而影響了產品的質量。化學反應過程中一般伴有強烈的放熱效應，并且反應的放熱速率與反應溫度之間是一種正反饋自激的關系。也就是說，若某種擾動使反應溫度有所增加，反應的速率就會增加，放熱速率也會增加，會使反應溫度進一步上升，甚至會引起“聚爆”現(xiàn)象使釜內的產品變成廢品，并且會影響安全生產。為了使釜溫穩(wěn)定，在夾套中通以一定的冷卻介質，來移走反應放出的多余熱量。通過調節(jié)流入反應釜夾套中冷卻介質的流量，來控制反應釜內物料的溫度使之符合工藝要求。

二、反應釜控制系統(tǒng)

根據(jù)反應釜工藝要求，本系統(tǒng)由西門子PLC、上位機監(jiān)控系統(tǒng)及現(xiàn)場儀表組成，其配置如下：

PLC控制系統(tǒng)：西門子300PLC、PID控制程序

上位機監(jiān)控系統(tǒng)：工控計算機、WINCC上位機軟件

現(xiàn)場儀表：PH儀表（可選）、PT100熱電阻、流量計等

本系統(tǒng)對反應釜生產過程的主要控制步驟如下：

1、完成接收電子秤的秤重信號，計算出化學原料單體、氧化劑和還原劑的瞬時流量、平均給料流量等參數(shù)，反應釜及出口溫度的實時顯示。

2、根據(jù)給料流量，結合反應釜及出口溫度以及各種工藝條件，自動調節(jié)反應釜溫度，并優(yōu)化主要工藝參數(shù)的越界報警和處理功能。

3、根據(jù)工藝模板所要求的總加料量、配方和加料時序；反應釜升溫曲線等不同的控制特性，通過PLC的PID自適應控制反應釜冷卻水回水電動調節(jié)閥，原料罐、氧化劑和還原劑的電動調節(jié)閥，實現(xiàn)反應釜全過程化學反應的智能化自動控制。

三、系統(tǒng)主要功能：

1）實時數(shù)據(jù)監(jiān)測：在監(jiān)控畫面上顯示實驗的工藝流程圖，實時顯示進出料泵、攪拌器、加熱器的運行狀態(tài)，顯示PH值、反應溫度、攪拌速度等實時數(shù)據(jù)并自動記錄。

2）自動控制：根據(jù)工藝要求進行參數(shù)設置，通過畫面按鈕手動、自動控制實驗設備，包括攪拌器的恒速控制、加熱器的恒溫控制、恒PH控制、設備的手動控制、整個反應過程的自動控制。

3）歷史數(shù)據(jù)查詢：通過數(shù)據(jù)及趨勢曲線觀察反應過程，用戶可在選擇需要查看的曲線的內容，選擇需要查看的時間段，動態(tài)選擇需要查看的數(shù)據(jù)。

4）異常記錄保存：動態(tài)顯示實驗的所有報警情況，包括報警的時間，報警確認的時間，報警消失的時間，報警的優(yōu)先級別等。

5) 配方管理：配方管理主要是對保存在操作員站數(shù)據(jù)庫中的操作配方及反應結果的創(chuàng)建、管理維護及查詢。主要實現(xiàn)的功能：實驗結果的錄入、數(shù)據(jù)的保存、修改、查詢、刪除、導入、導出到Excel等。

6)系統(tǒng)密碼保護：實行系統(tǒng)的多級密碼保護，確保系統(tǒng)和數(shù)據(jù)的安全。對監(jiān)控系統(tǒng)操作員權限進行管理設置，根據(jù)不同的權限賦予不同的監(jiān)控功能。

7）自適應補償技術：采用自適應補償計術，使電子秤的秤量誤差可得到最有效的補償。

8）智能化控制技術：通過對反應釜夾套冷卻水回水和物料加入速度的多參數(shù)自動優(yōu)化調節(jié)、對反應釜溫度的動態(tài)自適應PID調節(jié)，反應釜中整個化學反應過程可得到更穩(wěn)定有效的控制。