反应釜
反应釜是一种专用容器，旨在通过提供受控环境，使反应物转化为所需产物，从而安全高效地促进化学反应。反应釜广泛应用于化工、制药、食品加工和材料科学等行业，配备精确的温度、压力、混合和反应物流量控制系统，以优化产量、安全性和能源效率。核心设计考虑因素包括反应动力学、热力学、传热传质和流体动力学。常见的反应釜类型包括间歇反应釜、连续搅拌反应釜 (CSTR) 和推流反应釜 (PFR)，以及用于特殊应用的流化床、固定床和膜反应器等变体。反应釜的构造采用适用于腐蚀性或高压环境的材料（例如不锈钢、搪玻璃、哈氏合金），并配备密封系统、加热/冷却夹套以及用于实时监控和自动化的集成传感器。反应釜的选择取决于生产规模、反应条件和法规要求，适当的维护和安全系统对于确保可靠合规的运行至关重要。
| 设备类型 | 分类方式 | 特点 | 应用场景 |
| 不锈钢反应釜 | 按材质分类 | 具有良好的耐腐蚀性、耐高温性和机械性能。适用于大多数酸、碱、盐等化学介质，但对氯离子等强腐蚀性介质的耐受性有限。 | 常用于食品、制药、精细化工等行业，例如在生产维生素C的过程中，用于发酵液的处理。 |
| 碳钢反应釜 | 按材质分类 | 强度高、成本低，但耐腐蚀性较差，通常需要进行防腐涂层处理。 | 适用于对腐蚀性要求不高的反应过程，如一些普通的有机合成反应。 |
| 特种合金反应釜 | 按材质分类 | 如钛合金、镍基合金等，具有优异的耐腐蚀性和高温性能，但成本较高。 | 用于处理强腐蚀性介质或高温高压的反应，例如在生产某些高性能材料时。 |
| 玻璃反应釜 | 按材质分类 | 透明度高，便于观察反应过程，耐腐蚀性强，但强度较低，易碎。 | 常用于实验室和小规模生产，如化学实验、精细化工等。 |
| 搪玻璃反应釜 | 按材质分类 | 在金属表面涂覆一层玻璃釉，兼具金属的强度和玻璃的耐腐蚀性。 | 适用于强酸、强碱等腐蚀性介质的反应，如染料、农药生产。 |
| 机械搅拌反应釜 | 按搅拌方式分类 | 通过电机带动搅拌轴和搅拌桨，使物料充分混合。搅拌形式多样，如桨式、涡轮式、锚式等。 | 适用于大多数液体和固液混合反应，如聚合反应、乳化反应等。 |
| 磁力搅拌反应釜 | 按搅拌方式分类 | 利用磁力耦合传递动力，避免了机械密封可能带来的泄漏问题，密封性好。 | 常用于实验室和小规模生产，特别是对密封要求较高的反应，如有机合成、制药等。 |
| 气动搅拌反应釜 | 按搅拌方式分类 | 通过气体（如空气、氮气等）驱动搅拌器，适用于易燃易爆环境。 | 用于处理易燃易爆物料的反应，如某些石油化工过程。 |
| 常压反应釜 | 按操作压力分类 | 操作压力接近常压，结构简单，成本较低。 | 适用于常压条件下的化学反应，如一些简单的有机合成反应。 |
| 加压反应釜 | 按操作压力分类 | 操作压力高于常压，通常需要耐高压设计，如厚壁容器、密封性能好。 | 用于需要在高压条件下进行的反应，如加氢反应、高压聚合反应等。 |
| 减压反应釜 | 按操作压力分类 | 操作压力低于常压，通常需要配备真空系统。 | 用于需要在真空条件下进行的反应，如某些脱气反应、低沸点溶剂的蒸发过程。 |
| 立式反应釜 | 按反应釜的结构形式分类 | 垂直安装，占地面积小，便于安装和操作。 | 适用于大多数化工生产过程，尤其是大规模生产。 |
| 卧式反应釜 | 按反应釜的结构形式分类 | 水平安装，便于物料的进出和混合，但占地面积较大。 | 常用于需要频繁进出物料的反应过程，如某些连续反应过程。 |
| 双层反应釜 | 按反应釜的结构形式分类 | 由内外两层组成，中间夹层可用于加热或冷却，便于温度控制。 | 适用于需要精确控制温度的反应，如精细化工、制药等。 |
| 合成反应釜 | 按用途分类 | 用于化学合成反应，通常需要精确控制温度、压力和搅拌条件。 | 如有机合成、聚合反应等。 |
| 分解反应釜 | 按用途分类 | 用于分解反应，通常需要高温或催化剂。 | 如某些废弃物的分解处理。 |
| 萃取反应釜 | 按用途分类 | 用于萃取过程，通常需要两相或多相混合。 | 如溶剂萃取、液液萃取等。 |
| 发酵反应釜 | 按用途分类 | 用于生物发酵过程，通常需要无菌条件和温度控制。 | 如制药、食品发酵等。 |
| 文献 | 作者 | 摘要 | DOI |
| 连续搅拌反应釜系统的非线性鲁棒控制 | 刘松，李东海，薛亚丽，陈金莉 | 基于非线性鲁棒控制理论，针对单输入单输出连续搅拌反应器（CSTR）模型，设计了一种带有高增益观测器的非线性鲁棒控制器（ONRC），并提出了一种简单的控制器参数整定方法。与非线性鲁棒控制器（NRC）和滑模控制方法（SMC）的仿真结果对比表明，ONRC对系统不确定性和扰动具有更好的抑制效果。蒙特卡洛试验表明，当模型参数发生摄动时，ONRC具有更好的性能鲁棒性。 | 10.3321/j.issn:0438-1157.2008.02.021 |
| 模糊控制在聚合反应釜中的应用及仿真研究 | 朴春俊，陈彩莲 | 针对聚合反应器的大惯性和大滞后特性,分别采用传统PID控制、模糊PID控制、分段模糊控制和Smith-模糊控制进行仿真研究,最终得到较为理想的Smith-模糊控制方法。 | 10.3969/j.issn.1004-731X.2001.05.004 |
| 遗传算法在间歇式反应釜故障诊断中的应用 | 宋彤，齐瑞勤 | 间歇反应过程是重要的化工生产过程，过程本身的非线性、时滞性和不确定性决定了过程操作的复杂性和危险性。随着精细化工、生物制药等行业装备大型化、集成化的发展，故障诊断在间歇反应过程中的重要性不断提高。提出一种改进遗传算法优化BP神经网络故障诊断方法。通过提取反应器的故障特征数据，利用改进的遗传算法优化BP神经网络的权值和阈值，再利用优化后的BP神经网络对故障特征数据进行训练，建立故障诊断模型，输出诊断结果。将其应用于间歇反应器的温度故障诊断。仿真结果表明，改进算法可以提高故障诊断准确率，缩短故障诊断时间，具有良好的实际效果。 | 10.3969/j.issn.1006-9348.2012.07.053 |
| 化学反应釜中的稳健数据协调 | 亚历山大·桑图奇·达库尼亚，费尔南多·库尼亚·佩索托，迭戈·马丁内斯·普拉塔 | 稳健数据协调是一种有效的技术，旨在最大限度地减少估算过程变量的过失误差。本文综述了反应釜问题，这些问题由于强非线性约束而产生了具有挑战性的场景，并且尚未在几种稳健估计器方面进行比较。主要贡献是对16个稳健估计器进行了比较分析，包括自19世纪发展的Smith估计器，直到最近的Jin、Correntropy和Xie估计器。在三个稳态条件下的案例研究中分析了这些估计器的性能，其中包括一个带有Van de Vusse反应系统的非等温CSTR反应器。研究使用了Scilab软件中实现的IPOPT和模拟退火优化器。结果表明，所实施方法的效率和一致性较高，尽管过失误差的影响显著，但降阶型估计器仍然优于其他方法。 | 10.1016/j.compchemeng.2020.107170 |
| LSTM 和 GRU 神经网络作为预测控制中使用的动态过程模型：针对两种化学反应釜开发的模型的比较 | 克日什托夫·扎齐茨基，马切伊·劳伦祖克 | 本研究全面比较了长短期记忆网络 (LSTM) 和门控循环单元 (GRU) 神经网络作为模型预测控制 (MPC) 中使用的动态过程模型的效率。考虑两个模拟工业过程：聚合反应釜和中和 (pH) 过程。首先，推导出这两种模型的 MPC 预测方程。接下来，比较了多种模型配置下 LSTM 和 GRU 模型的效率。分析了动态阶数和神经元数量对模型精度的影响。最后，评估了所考虑模型在 MPC 中的效率。讨论了模型结构对不同控制质量指标和计算时间的影响。结果发现，尽管 GRU 网络的参数数量少于 LSTM 网络，但它可以成功用于 MPC，且控制质量不会显著下降。 | 10.3390/s21165625 |
