CSTR相平面图的绘制相关程序及数据.pdf

化工过程分析与合成大作业 CSTR 相平面图的绘制 化工0003 班 王志辉 4 号 黎志辉 29 号 指导教师 张卫东 作业分工：（部分工作两人共同完成） 王志辉： 查找资料 Excel 求解及绘制相图 C 语言编程 （计算部分） 总结成文 黎志辉： 模型建立与化简 C 语言编程 （绘图部分） 总结 - 1 - 化工过程分析与合成大作业 CSTR相平面图的绘制 北京化工大学 化工0003 班 王志辉 黎志辉 摘要：CSTR中进行的热效应较大的反应常会出现多重稳态现象，多重稳态点的 确定和分析对实际生产与设计具有重要意义。 本文对CSTR中进行的放热二级反应进行了初步研究，建立了简单模型， 对CSTR的操作进行了动态模拟，绘出了CSTR中放热二级反应的相平面图， 并用相平面图对多重稳态问题进行了讨论。 关键词：CSTR多重稳态 局部稳定性 相平面图 一、概述 连续搅拌罐式反应器 （CSTR）的特点之一是在稳定操作时反应器中搅拌均 匀，物质浓度均一稳定。但若在其中进行热效应较大的反应操作 （在此以放热反 应为例），放出的热量常会使反应器内物料的温度持续升高，影响操作，严重的 还可能产生危险。因此常在反应器中加装冷却器，或使反应物进料温度低于反应 器内温度，利用反应放出热量使反应器内温度维持恒定，以使反应持续稳定地进 行。当反应器初始操作条件不同时，随着反应的进行，常会出现若干个不同的稳 定操作状态，称之为多重稳态 （Multiple Steady State ）。这一现象是由于反应放 热的强烈非线性本质以及与完全混合相联系的 （内部）返混所引起的 【1】。图1 为某反应在不同温度下反应放热与散热速率曲线。 如果在点1 给予一个微小温度增量，则将促使散热增长比反应放热增长快， - 2 - 因此系统温度将趋于降低，从而使操作状况返回到点1。点3 情况也是如此。但 在点2 处的微小温升，将导致反应放热增长比散热增长快，系统温度持续升高， 最终达到点 3 。点 1、3 在操作条件微小改变时可以在一段时间之后自动回到原 状态点，而不需要外界调节，这样的稳态是局部稳定的；而点2 在操作条件的微 小改变之后则不能在没有调节的条件下自动回到原状态，是局部不稳定的。一般 情况，不同稳态的操作条件差异很大；在不同稳态下操作，原料的转化率也相差 很大。显然，为达到生产要求，须选择局部稳定性好、转化率合适的稳态作为操 作状态，因此找到CSTR 的多重稳态并判断其局部稳定性具有重要的实际意义。 本文对进料状况一定的CSTR 进行了初步研究，建立了简单的动态模型。通 过对模型的分析，找到了CSTR 的多重稳态点位置，并绘制出二维相平面图来判 断稳态点的局部稳定性。 二、问题的提出 我们对下面的问题进行分析 （原问题见参考文献 【2 】Problem8.23 ），求出 定态点位置并画出相平面图。 在CSTR 中进行放热反应 H O + 0.5 Na S O ‡ products 2 2 2 2 3 A B 假设反应过程中反应器内物质密