基于MATLAB的Chylla—Haase反应器建模研究

李征

摘要：Chylla-Haase反应器控制是一个经典的控制工程问题。加热阶段和恒温阶段控制任务的不同，单体进料和停料对反应器温度的影响，以及各种干扰影响，如变化的环境温度、单体杂质因子、器壁污垢系数等，具有非线性结构和部分参数不确定特点，使反应器的建模变得困难，本文旨在基于MATLAB对Chylla-Haase反应器进行建模。

关键词：Chylla-Haase反应器 建模 MATLAB 温度

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2016）07-0075-01

1 引言

由Chylla和Haase[1]描述的聚合反应器是一个控制工程基准问题。在反应过程中的聚合物溶液粘度的变化会导致传热特性产生大的变化。清洁周期和环境条件的变化，如外部温度和冷却水温度的变化，会导致反应器壁结垢，导致不同批次的反应条件大不相同[2，3]。另外，由于聚合反应动力学方程比较复杂，聚合反应是高度非线性的放热反应，需要保证生产过程的安全性、可靠性和稳定性。要在整个生产过程中保持温度符合一定要求，特别是热反应器中的操作温度。

2 Chylla-Haase反应器数学模型

由Chylla和Haase提出聚合反应的动力学模型[4]，考虑了冷却夹套和反应器的物料平衡和能量平衡。方程（1）、（2）分别表示单体质量mM（t）和聚合物质量mP（t）的物料平衡关系，反应器温度T（t）的能量平衡由方程（3）给出，冷却套和再循环回路出口和入口温度能量平衡方程分别由（4）和（5）给出。

（1）

（2）

（3）

（4）

（5）

阀位C<50%，进入冷却模式，注入入口温度为Tinlet的冷水。阀位C>50%，切换到加热模式，注入温度为Tsteam的蒸汽进行再循环。阀位c（t）影响加热/冷却函数Kp（c）。阀位特性如下：

（6）

3 仿真结果

下图1给出了单体质量、生成物质量、反应器温度以及夹套温度仿真结果，在30分钟的时候，单体被注入反应器中且此时其温度为环境温度，而反应器的温度为操作温度355.382K，反应器温度受注入单体的影响将下降。所以，夹套温度增加，以提高反应器温度。之后，反应放热引起的累积热增加，为了补偿这种影响，夹套温度会逐步下降。在100分钟的时候，单体进料停止，聚合反应结束，为了保持反应器温度在，热蒸汽进入循环系统，加热反应器，反应器温度维持稳定。

4 结语

Chylla-Haase反应器为本文的主要应用对象，具有非线性和部分参数不确定特点。聚合反应器的建模需考虑反应器结构、操作条件、反应机理及放热特性。以及Chylla-Haase反应器的加热阶段和恒温阶段控制任务不同，单体加料和停料对反应器温度的影响，和各种干扰影响。

参考文献

[1]马昕，刘艳，张贝克.间歇反应控制系统的设计与实现[J].石油化工自动化，2007，6（46）：46-49.

[2]范顺杰，徐用.聚丙烯反应器的动态模拟[J].化工自动化及仪表，2000，27（5）：5-8.

[3]霍罡.间歇反应过程仿真模型的研究[J].计算机仿真，2004，21（12）： 200-204.

[4]Vasanthi D，Pranavamoorthy B，Pappa N. Design of a self-tuning regulator for temperature control of a polymerization reactor[J].ISA Trans， 2012， 51： 22-29.