反应器热稳定性课件.pptVIP

化学反应工程化学工程及工艺教研室魏刚LanzhouPetrochemicalVocationCollegeofTechnology

9反应器的热稳定性和参数灵敏性n9.1全混流反应器的热稳定性n9.2管式反应器的热稳定性n9.3反应器参数的灵敏性石油化学工程系化学工程与工艺教研室weigang

连续流动反应器的设计按定常态条件，即规定了进料流量、组成和温度；反应器内物料浓度、温度、冷却或加热介质的温度、流量不随时间发生变化。实际生产过程中上述诸参数不可能恒定不变，当出现某种干扰时，生产能否在最佳或接近最佳条件下进行，是值得重视的问题。稳定的定态：反应器本身的热稳定性良好，外部干扰不会造成系统操作状况大的变化，一旦干扰除去，反应又恢复到原来的定常态下操作。外部的造成干扰不稳定的定态：微小的干扰，足以使反应器的操作状态偏离原来的定态，即使干扰消除，系统也不能恢复到原来的状态。石油化学工程系化学工程与工艺教研室weigang

9.1全混流反应器的热稳定性9.1.1全混流反应器的热量衡算全混流反应器为一敞开体系，对于定态操作，以进料温度T0为基准温度，由式（3.1-2)得热量衡算式为：（9.1-1）已知：T、T、T—分别为反应器0C进口、出口及冷却介质温度，K;ρ—物料平均密度，kg/mK—总传热系数，J/m.K;3;2所以，热量衡算式为：（9.1-2）石油化学工程系化学工程与工艺教研室weigang

9.1.2全混流反应器的定态对于一级不可逆放热反应，式（9.1-2）可以分为移热速率和放热速率两部分：（9.1-3）（9.1-4）移热速率：放热速率：物料衡算式为：（9.1-5）（9.1-6）又根据设计方程式：（9.1-7）石油化学工程系化学工程与工艺教研室weigang

式（9.1-3）可知：移热速率是关于温度T的一条直线。式（9.1-7）所表示的放热速率关于温度T是一条“S”型的曲线。q和放热速率q移热速率grq相交于点M、P、N。qrqgN在M、P、N点处，由于q=q，所以称为定态操r作点。g在这三点处，温度TNTT，转化率xxPPMNPx。MM在这三点中，M、N是稳定态的操作点，P点是不稳定的操作点。T图9-1全混流反应器的定态操作温度石油化学工程系化学工程与工艺教研室weigang

？稳定性：指反应器操作过程中受到外界干扰后的自衡能力。qrqqgN1、点M、P、N自衡能力分析PMM、P、N点共同特性T热扰动操作点？热稳定性特点T升高T降低qq，T降低，qq，T升高，MPrgrg是否是回到点M。回到点M。qq，T升高，qq，T降低，rgrg移动到点N。移动到点M。qq，T降低，qq，T升高，Nrgrg回到点N。回到点N。（9.1-8）所以，热稳定性的条件是：（9.1-9）石油化学工程系化学工程与工艺教研室weigang

2、定态操作点的改变定态的操作点会随着条件的改变而发生变化。如图9-2所示：在T恒定时，将q、q按式（9.1-2）合并成：CrgT随T的变化曲线是GAFBDEET0D进料T温度变化路径特殊点特点B0从G点升温GAFDEEDBAG点陡升FFT着火点熄火点F从E点降温点陡降BBTAGT0石油化学工程系化学工程与工艺教研室weigang

TE注意：当进料温度在T~T范围内时，产生只有一个定态）。DA多定态现象（吸热反应DBF在F点附近操作时，很容易产生超温现象，造成烧毁催化剂，或燃烧爆炸等事故现象。AT0GTATD在B点附近操作时，很容易产生迅速降温现象，造成反应终止。其它参数的改变，也可能造成定态操作点的改变，如：换热介质温度、进料流量的改变。石油化学工程系化学工程与工艺教研室weigang

9.2管式反应器的热稳定性热稳定性如前所述全混流反应器很大管式反应器轴向返混程度该扰动对上游影响很小，对下游的影较小响最终到达出口而“排出”。整个反应器又恢复到上游工况所决定的状态。这类反应器不会造成整体的多态操作和不稳定性,是局部稳定性问题。！！！对于具有良好壁面传热的管式反应器，传热方式主要是径向，轴向传热可以忽略。石油化学工程系化学工程与工艺教研室weigang

9.2.1径向传热管式反应器的热量衡算根据二维拟均相模型：（9.2-1）（9.2-2）径向的传热轴向的传热若不考虑轴向的热量传递时，上式可简化为：石油化学工程系化学工程与工艺教研室weigang

若动力学方程为：（9.2-3）并将式中变量改用无因次量表示：（9.2-4）（9.2-5）则式（9.2-2）可化简为：石油化学工程系化学工程与工艺教研室weigang

若作近似处理：可得：（9.2-6）微分方程（9.2-