自动化化工反应釜智能温控系统设计及应用研究

莫志军

（佛山高明技师学院，广东 佛山 528531）

摘  要：针对传统化工反应釜温控系统存在响应滞后、控制精度低及无法自适应复杂工况等需求，设计出一种自动化化工反应釜智能温控系统。其利用物联网、模糊PID控制算法与深度学习技术构建3层架构，实现了实时温度藍测、精准动态调控及故障智能诊断等功能。通过搭建原型系统，并在某化工企业的连续聚合反应釜中进行为期30d的实际场景测试。结果显示，温控误差缩小至±0.3℃，响应速度提升50.4%，验证了系统的有效性，对推动化工生产自动化转型、保障反应安全运行具有积极价值。

关键词：自动化;化工反应釜;智能温控;模糊PID控制

0 引言

在化工生产领域，反应釜作为关键设备，其温控精度直接影响产品质量与生产安全。传统温控系统普遍采用PID控制算法，尽管可以满足基本控制需求，但在处理非线性、时变性显著的复杂反应时仍存在参数整定困难、抗干扰能力欠佳等问题。随着AI与物联网的快速发展，化工行业对智能温控的需求日益增长。当前，产品因温控异常导致的不合格率持续偏高，该现象暴露出潜在的安全隐患。虽然部分企业开始采用智能温控技术，但在系统集成与数据处理上仍有短板。深度学习算法在复杂系统建模中的应用为解决温控难题提供了新思路。本文旨在设计一种自动化化工反应釜智能温控系统，以期通过融合先进控制算法与物联网技术实现自适应温控，进而提升化工生产的自动化水平与可靠性。

1 系统需求

1.1 高精度控制

反应过程对温控精度有着极高要求。以聚酯合成反应为例，温度波动＞±1℃就会使分子链断裂或聚合度改变，进而影响产品黏度、强度等核心指标，最终导致产品质量不达标”。传统温控系统由于其PID参数固定，在应对复杂反应时温控精度通常仅能达到±2～±3℃，这显然无法满足现代化工生产要求。据行业统计可知，因温控不精准导致的产品不合格率目前高达15%。因此,实现高精度温控对于提升化学产品质量具有重要意义。

1.2 动态自适应

在间歇式反应过程中，不同阶段对温度控制策略的需求存在显著差异。初期需快速升温激发反应，中期需稳定控温维持反应速率，后期则需降温终止反应。传统固定参数控制算法无法与反应进程的实时变化相匹配，经常导致超调和振荡等问题，从而引起控制滞后性。例如在丙烯腈聚合反应中响应时间基本保持在20s,严重影响到反应速率。因此，迫切需要开发具备动态自适应能力的温控系统，以实现对控制策略的实时优化。

1.3 安全监测与预警

化学反应通常在高温、高压等极端条件下进行，这些环境下的温度失控极可能引发爆炸、泄漏等严重安全事故。据统计分析，由温度异常引起的安全事故>30%。传统温控系统仅具备基本超限报警功能，缺少对潜在风险的预测和诊断能力。例如，当反应釜散热装置出现轻微故障时，传统系统无法进行早期预警，仅能在温度出现显著异常时发出报警信号，此时可能已经错过最佳处理时机。因此，温控系统必须具备实时监测、智能诊断及提前预警的功能，这样方可确保化工生产的安全。

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