流體通過(guò)由靜置的固體物料所形成的床層而進(jìn)行反應的裝置都稱(chēng)為固定床反應器,其中尤以氣態(tài)的反應物料通過(guò)由固體催化劑所構成的床層反應的氣-固相催化反應器占主導地位,如煉油工業(yè)中的催化重整、天然氣轉化等。與返混式的反應器(如流化床)相比,固定床反應器內流體的流動(dòng)接近于平推流,因此可用少量的催化劑和較小的反應器容積來(lái)獲取較大的生產(chǎn)能力;而且催化劑不易磨損,可長(cháng)期使用(除非失活)。然而,反應器操作過(guò)程中所關(guān)心的質(zhì)量指標如選擇性等卻對床層的溫度分布存在高度的非線(xiàn)性依賴(lài)關(guān)系,因此溫控問(wèn)題就成為固定床反應器的關(guān)鍵和難點(diǎn)所在。
小型固定床反應器大都是圓柱形狀,溫度沿著(zhù)軸向和徑向具有一定的分布形式。為了不致超溫而破壞催化劑,先要控制反應床層中的高溫度。主要有以下三種方法:
?。?)在筒式反應器中部引入部分進(jìn)料量來(lái)控制反應出口的溫度和濃度。這種方法在1970年提出,后來(lái)得到了廣泛的應用;
?。?)采用調節反應器回流量的手段控制反應床層中的溫峰。仿真計算表明,在較強的擾動(dòng)情況下,采用這種方法可以把溫峰控制在要求的范圍內;
?。?)采用Smith補償。溫度是具有很大滯后的變量,而固定床反應器的溫度若得不到及時(shí)地控制,可能由于不穩定而引起超溫或熄火。對于具有大純滯后的過(guò)程可采用Smith補償,但這種方法要求知道比較的對象特性,這一點(diǎn)往往很難做到。
對于多變量的固定床催化反應過(guò)程,也可以用經(jīng)典的分析方法設計控制系統,比如頻域分析方法、根軌跡分析方法等,可以得到良好的調節質(zhì)量。