绝热反应量热仪功率补偿技术研究
绝热反应量热仪是一种应用于反应热安全评估的重要科学仪器，通过模拟样品绝热状态下的热失控过程，记录温度压力数据，以求解反应热力学及动力学参数，推算表征化工过程热危险性的重要指标，为化工生产的安全开展提供保障。本文综合分析绝热反应量热方法和仪器的现状，针对反应体系热库效应导致反应路径偏离理想绝热过程的问题，提出了功率补偿型绝热反应量热方法，通过二级绝热式结构及其控温策略、控制算法对反应体系进行实时功率补偿，并综合系统软、硬件设计实现了量热仪整机的研制。 首先，进行了功率补偿技术总体方案设计。结构上，一级绝热炉体与二级功率补偿单元相结合；针对仪器性能指标设计了温度压力测控硬件及其程序框架，作为控温逻辑和算法的载体；并编写了功率补偿型绝热反应量热仪上位机监控系统，提高了仪器研发调试效率。 为实现一级绝热炉体温度场均匀性，利用有限元法进行了炉体均温场仿真与设计；为通过二级功率补偿单元进一步消除反应体系热库效应，从传热角度分析其产生机理，利用反应过程动态传热模型研究了功率补偿的控制策略。 基于 PID 控制运用前馈补偿与模糊控制算法，实现了“加热-等待-搜寻”与反应过程动态温度追踪的控温逻辑；提出了追踪控温过程中的温差基线修正，以解决测温漂移等实际工程问题，提高绝热控制性能。 最后，通过恒温实验进行控制效果测试，一级绝热炉体与二级功率补偿单元温度控制精度达到较高水平；利用功率补偿型与传统型绝热反应量热仪样品实验的对比验证功率补偿策略的有效性，结果显示功率补偿技术能够保障反应在更接近理想绝热的环境下进行；设计多样品重复性实验测试仪器性能可靠性，实验证明仪器重复性良好。
绝热反应量热仪;功率补偿;温差基线;温度跟踪
中国计量大学
硕士
仪器仪表工程
王晓娜
2018
中文
TH831
2019-04-30（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）