搅拌反应器的概述[ 03-14 08:05 ]

搅拌反应器是实现气体、液体、固体间传热及传质的重要形式之一，在化工工业中占有重要的地位。通常由搅拌器和釜体两部分组成。搅拌器包括传动装置、搅拌轴(含轴封)、搅拌桨;釜体部分包括了筒体、内件、夹套、盘管、导流筒等。工业上常用的搅拌反应器按反应物料的相态，分为均相反应器和非均相反应器两类。非均相反应器包括固一液反应器、液一液反应器、气一液反应器、气一液一固三相反应器。搅拌反应器的优点是操作灵活、使用性强，可广泛应用于石油化工、污水处理、食品制药等工业中。

立式搅拌反应釜釜口法兰[ 03-13 10:05 ]

搅拌设备在工业生产中应用范围很广，尤其是化学工业中，很多化工生产都或多或少地应用着搅拌操作。化学工艺过程的种种化学变化，是以参加反应物的充分混合为前提的，对于加热、冷却和液体萃取以及气体吸收等物理变化过程，也往往要采用搅拌操作才能得到好的效果。搅拌设备在化工、制药、印染、食品等行业大多作为反应釜来应用的，特别是化工行业。化工行业反应釜主要有二大类即金属制造的反应釜和非金属制造的反应釜，因其工况特殊性——高温高压、易燃易爆、剧毒，在实际应用中以金属制造的反应釜占的比例较高。通常钢制搅拌反应釜最

反应釜温度控制中的模糊控制算法改进试验结果分析[ 03-13 09:05 ]

从表2 看，PID 控制器的积分时间常数过大所以积分项的影响是忽略的。我们认为，系统这种行为是因为系统的自积分性质，因此没必要在控制器中整合这部分，同时PID 控制器使这个过程不稳定。因此，一个PD 控制器运行得更好。实际上，这些经典控制器都不满足我们的要求，所以我们设计了一个具有变化常数的自适应PID 控制器。自适应PID 控制器的实验结果示于图2。图3 是具有主要隶属函数和规则库PD 模糊控制器的实验结果。与传统控制器相比PD 模糊控制器具有更好的性能。更少的过冲，更少的振荡，更少的上升时间和更多的鲁棒性都是模

反应釜温度控制中的模糊控制方法[ 03-13 08:05 ]

一般来说，模糊控制器有三个步骤：模糊化、规则库和推理引擎、去模糊化。第一个，使用适当的从属关系函数，将清晰的变量转换成模糊的变量，并给控制器相应的模糊数。隶属函数可以是单个数，三角形，梯形，矩形或任何其它类型。模糊控制器的主要部分是规则库推理引擎，它决定了操纵变量。规则库可以在操纵和控制变量之间通过一个已知过程关系建立。输出集是基于隶属函数，但它们也可以是直接的组合或任何输入的函数。在这个意义上说，去模糊化的输出是所有输出的平均加权。Takagi-Sugeno 控制器使用下面形式的规则：如果[（e1 是A1）和/

反应釜温度控制中的传统控制方法[ 03-12 10:05 ]

冷凝器的传递函数， 增加了输入施加200W 幅度的步骤，同时对系统行为进行了考虑。三种不同模型推导出传递函数。系数通过最大限度地减少积分时间加权绝对误差来计算（ITAE 方法），如（1）所示。结果表明，第一阶传递函数积分器（2）与实验数据最佳匹配。ITAE 方法的结果示于表1。基于ITAE 的三个传统PID 和PD 控制器，IMC 和C-C 的方法设计为最终传输函数，参数示于表2。

反应釜温度控制中的模糊控制算法引言（下）[ 03-12 09:05 ]

Zadeh 在1965 年开发的模糊集理论使得语言表达转换成数学成为可能。Mamdani 首次采用模糊逻辑理论来控制蒸汽机，在那之后控制系统中模糊逻辑的运用持续增加，如今在广泛的过程中模糊逻辑已经成为最成功的控制技术，如热交换、净水系统、电力系统、石油化工工业和聚合反应器。简单来说，模糊控制算法有无需数学模型、鲁棒性、无需传递函数和非线性等优点。根据知识或数学模型选择一个包括可靠和完整规则库的最优隶属函数是设计一个模糊控制器最重要的组成部分。A.J.B.Antunes 等已对一批自由基聚合反应器中进行研究且应用了模

反应釜温度控制中的模糊控制算法引言（上）[ 03-12 08:05 ]

化工过程中，反应釜是一种非常常见的反应容器，其主要控制量是温度，将温度控制在物料化学反应所需要的温度不仅是保证产品质量的一个重要因素，同时也是维护生产安全的重要保障。由于物理复杂性以及考虑到反应动力学，测量和控制反应釜内温度是非常具有挑战性的。反应釜内一些参数不可测量或者测量本身可能需要长时间刻度。同时非线性和多变量的性质是该系统的其它困难所在。其中反应釜内温度最常见的工业控制目标是保持或跟踪期望的轨迹。因此，精确的温度控制是必需的。在许多情况下，传统的线性控制算法报告不满足这一需求。近年来，大量的研究人员已经证明

消泡桨扫过的有效面积S与消泡桨性能的关系[ 03-11 10:05 ]

锥孔式消泡桨主要依靠消泡桨转动所产生的剪切力和泡沫通过锥孔时所产生的压力差来消除泡沫的，那么消泡桨扫过的有效面积也就是锥壳大口面积之和在转速一定的情况下，就会决定单位时间里有多少泡沫通过锥壳而被消除，从而影响消泡桨性能。对两种消泡桨形式进行研究，其结构如图4-14。图4-15是根据上面两种形式的消泡桨在通气量为8m3/h、转速为112, 140,168, 196, 224rpm时消去150mm泡沫所用的时间作出的两条曲线，上面那条是含有8个锥壳的消泡桨产生的，下面那条是含有16个锥壳的消泡桨产生的，对消泡时间进行比

锥孔排列与消泡桨性能的关系[ 03-11 09:05 ]

在消泡桨上安装相同个数相同大小的锥壳，改变锥壳在消泡桨上的排列，研究其对消泡桨整体性能的影响。在消泡桨上安装八个相同的锥壳，大口为40mm,小口为16mm，但排列顺序不同，其结构如图4-12所示。图4-13是在通气量为8m3/h，锥孔大小与个数相同，改变锥孔在消泡桨上的排列，测量消去150mm泡沫所用的时间。图中的三条曲线几乎重叠在一起，规律相同，时间相差最大的为0. 54s，有些点重合在一起，这表明在消泡桨平均线速度相同的情况下，锥孔的排列对消泡桨性能没有什么影响。而第四种的曲线更其他三种差别很大，消泡时间比其它

消泡桨转速n与消泡时间的关系[ 03-11 08:05 ]

由4. 1的研究找到了最好的锥壳锥度，图4-11就是在这一锥度下进一步研究转速n与消泡桨性能的关系。图中横轴消泡桨的转速，纵轴表示空气通入量为8m3/h，消泡桨消去150mm高度时所用的时间。由图中的曲线可以看出，随着消泡桨转速的提高，消泡性能也在不断的提高，在消泡桨转速为224rpm时，消去150mm的泡沫仅需要大约一秒钟，如果保持这个转速的话，泡沫就会被控制在消泡桨以下。消泡桨在转速n=228rpm时，线速度为5. 264m/s，这与实际工业发酵生产中所要求的线速度基本一致。

消泡桨的最佳锥度[ 03-10 10:05 ]

制作第二批的锥孔，锥孔的尺寸如图4-8所示。每种锥孔制备8个，并制成如图4-2形状的消泡桨，一共四种，进行试验。在图4-9中，消泡桨的转速为56rpm，并保持这个转速不变，逐次更换四种消泡桨进行试验，测得泡沫在五种气速下上升150mm所用的时间。依然以通气量v气=4m3/h为例进行分析。消泡桨上的锥壳锥度为1: 2. 27, 1: 2. 083, 1: 1. 923、1: 1. 786，保持消泡桨工作状态。泡沫上升150mm的时间在前两种消泡桨保持增加的趋势，从第三种开始，时间开始减少。在这四种消泡桨中，锥壳锥度为

锥度C与消泡桨消泡能力的关系[ 03-10 09:05 ]

锥孔的锥度是影响消泡桨消泡的一个重要因素，也是本次试验要考察的重点。在图4-7中，消泡桨的转速为56rpm，并保持这个转速不变，逐次更换四种消泡桨进行试验，测得泡沫在五种气速下上升150mm所用的时间。四种消泡桨上锥壳的锥度分别为0、1: 5, 1: 2. 5, 1: 1. 67。以通气量v气=4m3/h为例进行分析。前三种消泡桨的消泡性能呈现逐渐增加的趋势，在第四种消泡桨时，泡沫上升时间缩短，也就是说消泡桨的性能下降，这表明消泡桨消泡性能不是随着消泡桨上锥壳的锥度增大而一直增强的，它是有一个极限的，这个极限也就是

通气量与消泡桨消泡能力的关系[ 03-10 08:05 ]

通气量与泡沫的生成有着密切的关系，通气量越大，产生的泡沫就会越多，泡沫层上升的速度就会越快。下面在固定转速的情况下，通过改变通气量来寻找通气量与泡沫上升时间之间的关系。以消泡时间为纵坐标，以通气量为横坐标作通气量与泡沫上升时间的关系曲线，如图4-3, 4-4, 4-5, 4-6所示。图4-3, 4-4, 4-5, 4-6每张图中的两种曲线分别表示四种消泡桨在转速n=56rpm，通气量分别为4, 5, 6, 7, 8m3/h时泡沫由消泡桨上端上升150mm处和从150mm上升到300mm处的时间。随着通气量的增大，泡

消泡桨的制作[ 03-09 10:05 ]

锥壳设计的锥长L均为50mm，大口直径D，都是40mm，然后通过改变小口的直径D2来改变锥壳的锥度。锥度C= (D1-D2) :L第一批制作的锥壳尺寸如图4-1所示。锥壳是用白铁皮卷制，每一种锥孔做8个，制成四种消泡桨，进行试验。消泡桨的尺寸:D=450mm,b=100mm。消泡桨如图4-2所示。

泡沫体系的实验步骤[ 03-09 09:05 ]

(1)配置小麦粉溶液。量取44.1 kg的水放入原料槽中，量取0.9kg的小麦粉与水混合，搅拌均匀。(2)调节蒸汽发生器的压力控制元件，使产生的蒸汽为0.4MPa。启动蒸汽发生器，等蒸汽压力达到0.4MPa时，打开阀门vi，用蒸汽将小麦粉溶液加热到99℃，然后保持五分钟，关闭阀门V1，关闭蒸汽发生器。(3)等到溶液温度降到室温( 20℃)时，打开阀门v2，启动液体泵，将溶液输送到有机玻璃罐中。关闭液体泵。(4)启动空气压缩机，调节阀门V5、V6、V7使空气流量为5m3/h。(5)迅速关闭阀门V5，打开阀门V4，同时

泡沫体系的建立[ 03-09 08:05 ]

实际工业发酵生产中泡沫产生是很复杂的，从上面的研究我们也发现其中的影响因素也很多，而在做这个试验的主要目的是测试新式机械消泡装置的性能，从而得到一种消泡效果好的形式来为实际生产服务，所以在泡沫体系建立时考虑较多是既能建立一个稳定的泡沫产生体系，又能减少上面所研究的因素对试验的影响，最终确定建立一个模拟体系来代替实际的发酵生产过程。在研究这个模拟体系时，一共选用了三种体系:洗涤剂一水、未煮熟的小麦粉溶液和煮熟的小麦粉溶液。经过试验发现前两种体系产生的泡沫由于密度小或者不稳定等因素不符合试验的要求，而第三种体系效果好，

发酵液灭菌方法和操作[ 03-08 10:05 ]

发酵液的灭菌方法也会改变培养基的性质，从而影响培养基的起泡能力，灭菌的时间越长，培养基的泡沫寿命也越长。灭菌时间与泡沫寿命的关系如图3-4所示。

发酵液本身性质的变化[ 03-08 09:05 ]

发酵过程中，发酵液的性质随着微生物新陈代谢活动的变化而改变，影响泡沫的消长。以霉菌发酵过程为例，发酵初期泡沫的稳定性与高的表面粘度及低的表面张力有关。随着发酵的进行，表面粘度下降，表面张力上升，泡沫寿命逐渐的缩短。这说明霉菌在代谢过程中，各种细胞外酶如蛋白酶、淀粉酶等作用下，把造成泡沫稳定的物质如蛋白质等逐步降解利用，结果使液体粘度降低泡沫减少。另外菌的繁殖，尤其是菌体本身也具有稳定泡沫的作用。菌体在发酵后期的自溶导致发酵液中可溶性蛋白质的增加，又有利于泡沫的产生。发酵液的变化与泡沫之间的关系如图3-3所示。

发酵液的配比及组成[ 03-08 08:05 ]

泡沫产生还与发酵液中所含有物质的性质有关，如蛋白质、小麦粉、玉米浆，花生饼粉，黄豆饼粉，酵母粉等蛋白质原料是主要的起泡因素，其起泡能力随品种、产地、储存加工条件等因素的不同而不同，并且与发酵液的配比有关。糖类物质虽然本身起泡能力很差，但是如果发酵液中含有浓度较高的糖类物质时就会增加发酵液的粘度，从而有利于泡沫的稳定。不同发酵液的配比及组成对泡沫的影响如图3-2所示。

通气量与搅拌的强度[ 03-07 10:05 ]

大多数发酵过程都是好氧型的发酵过程，在发酵过程中需要不断的向发酵液中提供氧气。一般是以无菌空气作为氧源，被通入发酵系统。溶氧一般在一定的菌种和工艺条件下，主要受到设备通气量和搅拌强度的控制。通气量提高、搅拌转速加快可以提高发酵过程的溶氧效率。而且通气量对于好气性菌体的生长和质量也有很重要的影响，有些菌种的通气量甚至可能影响到它们的代谢途径。例如青霉素的菌种在培养时必须通过足够的空气，否则就会影响他们的数量和活力，从而减少发酵液的产率。从另一方面看，通气量和搅拌强度与发酵过程中泡沫的产生也有重大的关系。增大通气量与提