第九章反應(yīng)器熱穩(wěn)定性連續(xù)流動反應(yīng)器得設(shè)計按定常態(tài)條件,即規(guī)定了進(jìn)料流量、組成和溫度;反應(yīng)器內(nèi)物料濃度、溫度、冷卻或加熱介質(zhì)得溫度、流量不隨時間發(fā)生變化。實際生產(chǎn)過程中上述諸參數(shù)不可能恒定不變,當(dāng)出現(xiàn)某種干擾時,生產(chǎn)能否在最佳或接近最佳條件下進(jìn)行,就是值得重視得問題。外部的干擾造成穩(wěn)定的定態(tài)：反應(yīng)器本身的熱穩(wěn)定性良好，外部干擾不會造成系統(tǒng)操作狀況大的變化，一旦干擾除去，反應(yīng)又恢復(fù)到原來的定常態(tài)下操作。不穩(wěn)定的定態(tài)：微小的干擾，足以使反應(yīng)器的操作狀態(tài)偏離原來的定態(tài)，即使干擾消除，系統(tǒng)也不能恢復(fù)到原來的狀態(tài)。9、1全混流反應(yīng)器得熱穩(wěn)定性9、1、1全混流反應(yīng)器得熱量衡算全混流反應(yīng)器為一敞開體系,對于定態(tài)操作,以進(jìn)料溫度T0為基準(zhǔn)溫度,由式(3、1-2)得熱量衡算式為:(9、1-1)已知:所以,熱量衡算式為:(9、1-2)T0、T、TC—分別為反應(yīng)器進(jìn)口、出口及冷卻介質(zhì)溫度,K;ρ—物料平均密度,kg/m3;K—總傳熱系數(shù),J/m2、K;9、1、2全混流反應(yīng)器得定態(tài)物料衡算式為:對于一級不可逆放熱反應(yīng),式(9、1-2)可以分為移熱速率和放熱速率兩部分:放熱速率:移熱速率:又根據(jù)設(shè)計方程式:(9、1-3)(9、1-4)(9、1-5)(9、1-6)(9、1-7)式(9、1-3)可知:移熱速率就是關(guān)于溫度T得一條直線。qTqrqg式(9、1-7)所表示得放熱速率關(guān)于溫度T就是一條“S”型得曲線。MPN移熱速率qr相交于點M、P、N。放熱速率qg和在M、P、N點處,由于qr=qg,所以稱為定態(tài)操作點。在這三點處,溫度TN>TP>TM,轉(zhuǎn)化率xN>xP>xM。在這三點中,M、N就是穩(wěn)定態(tài)得操作點,P點就是不穩(wěn)定得操作點。圖9-1全混流反應(yīng)器得定態(tài)操作溫度？穩(wěn)定性:指反應(yīng)器操作過程中受到外界干擾后得自衡能力。1、點M、P、N自衡能力分析操作點熱擾動？熱穩(wěn)定性特點T升高T降低MPNqr>qg,T降低,回到點M。qr<qg,T升高,回到點M。就是否qr>qg,T降低,移動到點M。qr<qg,T升高,移動到點N。就是qr<qg,T升高,回到點N。qr>qg,T降低,回到點N。所以,熱穩(wěn)定性得條件就是:（9.1-8）（9.1-9）qTqrqgMPNM、P、N點共同特性2、定態(tài)操作點得改變定態(tài)得操作點會隨著條件得改變而發(fā)生變化。TT0GAFBDET隨T0得變化曲線就是GAFBDE如圖9-2所示：在TC恒定時，將qr、qg按式（9.1-2）合并成：進(jìn)料T0溫度變化路徑特殊點特點從G點升溫F點T陡升著火點FGAFDEB點T陡降熄火點BEDBAG從E點降溫注意:TT0GAFBDETDTA當(dāng)進(jìn)料溫度在TA~TD范圍內(nèi)時,產(chǎn)生放熱反應(yīng)多定態(tài)現(xiàn)象(吸熱反應(yīng)只有一個定態(tài))。在F點附近操作時,很容易產(chǎn)生超溫現(xiàn)象,造成燒毀催化劑,或燃燒爆炸等事故現(xiàn)象。在B點附近操作時,很容易產(chǎn)生迅速降溫現(xiàn)象,造成反應(yīng)終止。其她參數(shù)得改變,也可能造成定態(tài)操作點得改變,如:換熱介質(zhì)溫度、進(jìn)料流量得改變。9大家應(yīng)該也有點累了，稍作休息大家有疑問的，可以詢問和交流9、2管式反應(yīng)器得熱穩(wěn)定性管式反應(yīng)器軸向返混程度很大較小全混流反應(yīng)器熱穩(wěn)定性如前所述該擾動對上游影響很小,對下游得影響最終到達(dá)出口而“排出”。整個反應(yīng)器又恢復(fù)到上游工況所決定得狀態(tài)。這類反應(yīng)器不會造成整體得多態(tài)操作和不穩(wěn)定性,就是局部穩(wěn)定性問題。！！！對于具有良好壁面?zhèn)鳠岬霉苁椒磻?yīng)器,傳熱方式主要就是徑向,軸向傳熱可以忽略。9、2、1徑向傳熱管式反應(yīng)器得熱量衡算根據(jù)二維擬均相模型:若不考慮軸向得熱量傳遞時,上式可簡化為:徑向得傳熱軸向得傳熱(9、2-1)(9、2-2)若動力學(xué)方程為:并將式中變量改用無因次量表示:(9、2-3)(9、2-4)則式(9、2-2)可化簡為:(9、2-5)若作近似處理：可得:(9、2-6)微分方程(9、2-6)在δ>2、0時得不到有限解,這表明在δ>2、0時,反應(yīng)器得操作就是不穩(wěn)定得。！！,管式反應(yīng)器熱穩(wěn)定性得條件就是:δ≤2、0(9、2-7)9、2、2管式反應(yīng)器得允許最大溫度差和允許管徑管式反應(yīng)器得熱穩(wěn)定條件就是:δ≤2、0當(dāng)δ=2、0時,方程得解為:θmax=1、37(9、2-8)(9、2-9)管式反應(yīng)器允許最大管直徑可由:δ=2、0求得。公式(9、2-9)和(9、2-11)就是管式反應(yīng)器熱穩(wěn)定性條件限制得最大徑向溫差和最大床層直徑。(9、2-10)(9、2-11)這也解釋了反應(yīng)器設(shè)計控制得條件。對于一些(－△Hr)和大得放熱反應(yīng),放熱強(qiáng)度Q大,及時取出反應(yīng)熱極為重要。然而這類反應(yīng)器往往用溫度較高得熱載體作為冷卻介質(zhì)。實際上,這就是由(T-Tw)max所確定得。由式(9、2-11)可知,催化劑活性大,放熱強(qiáng)度Q大,要求床層直徑減小,通常床層直徑不小于20mm,因此,過大催化劑活性不僅沒有好處,反而有害。9、2、3管式反應(yīng)器得熱點反應(yīng)器軸向分布規(guī)律？？？根據(jù)一維擬均相理想流動模型,反應(yīng)器得熱平衡方程為:壁面?zhèn)鳠岱磻?yīng)放熱當(dāng)反應(yīng)放熱壁面?zhèn)鳠?床層軸向無溫差當(dāng)反應(yīng)放熱壁面?zhèn)鳠?gt;床層軸向溫度升高當(dāng)反應(yīng)放熱壁面?zhèn)鳠?lt;床層軸向溫度降低1、反應(yīng)器入口處反應(yīng)物濃度得影響cA0高(-RA)快放熱>移熱可能出現(xiàn)“熱點”溫度(如圖9-3所示)甚至“飛溫”2、反應(yīng)器入口處反應(yīng)物濃度得影響T↗(-RA)快放熱>移熱可能出現(xiàn)“熱點”溫度(如圖9-3所示)甚至“飛溫”3、反應(yīng)器換熱介質(zhì)溫度得影響TW↗放熱>移熱(-RA)快可能出現(xiàn)“熱點”溫度(如圖9-3所示)甚至“飛溫”管式反應(yīng)器軸向熱點溫度分布情況分析！！！圖9-3管式反應(yīng)器軸向溫度分布cA1cA2cA3cA4cA5cA6cA1>cA2>cA3>cA4>cA5>cA6T軸向長度a濃度對軸向溫度分布的影響T1T2T3T4T5T6T1>T2>T3>T4>T5>T6T軸向長度b溫度對軸向溫度分布的影響9、3反應(yīng)器參數(shù)得敏感性9、3、1反應(yīng)器得安全性！！！每個反應(yīng)器得設(shè)計師和每個化工廠得操作人員都極為關(guān)心反應(yīng)器得安全性。催化反應(yīng)器發(fā)生事故可能由各種原因,常見得有以下幾種:機(jī)械式上造成得缺陷;催化劑再生時溫度過高超過額定值;再生式催化劑破碎;有危險得反應(yīng)發(fā)生;過程控制問題。9、3、2反應(yīng)器參數(shù)得靈敏性？反應(yīng)器參