反应工程课件第三.ppt

反应工程课件第三1)热稳定性和参数灵敏性的概念如果一个反应器是在某一平衡状态下设计并进行操作的,就传热而言,反应器处于热平衡状态,即反应的放热速率应该等于移热速率。只要这个平衡不被破坏,反应器内各处温度将不随时间而变化,处于定态。但是,实际上各有关事数不可能严格保持在给定值,总会有各种偶然的原因而引起扰动。扰动表示为流量、进口温度、冷却介质温度等有关参数的变动。如果某个短暂的扰动使反应器内的温度产生微小的变化,产生两种情况,一是反应温度会自动返回原来的平衡状态,此时称该反应器是热稳定的,或是有自衡能力;另一种是该温度将继续上升直到另一个平衡状态为止,则称此反应器是不稳定的,或无自衡能力。二者虽然都是热平衡的,但是一个是稳定的,另一个是不稳定的。可见,平衡和稳定是两个不同的概念。平衡不等于稳定。平衡有两种:稳定的平衡和不稳定的平衡。一般来说,热稳定性条件要比热平衡条件苛刻得多。热平衡条件只要求放热速率等于移热速率,因此可以采用很大的传热温差,以减少必需的传热面,从而简化了反应器的结构;而热稳定性条件则给传热温盖以限制,要求传热温差小于某个规定值,因而增加了所需的传热面积,使反应器结构复杂化。热稳定性问题,严格地说属于动态问题。即使反应器满足热稳定性条件,仍然还有一个垂数灵敏性问题。参数灵敏性指的是各有关参数(流量、进口温度、冷却温度等)作做小的调整时,反应器内的温度(或反应结果)将会有多大变化。稳定性问题,系统所受到的短暂的扰动消失后,如果原定态点是稳定的,将逐步恢复到原操作状态。参数灵敏性问题,如果某操作参数的微小变化会引起操作状态的很大变化,则为反应器操作状态对该参数灵敏,反之为不灵敏。如果反应器的参数灵敏性过高,那么对参数的调节就会有过高的精度要求,使反应器的操作变得十分困难。因此,在反应器的设计中,确定设备尺寸和工艺条件时必须设法避免过高的参数灵敏性。无论是热稳定性还是参数灵敏牲,两者都给反应器的设计增加了限制因素。如果不予重视,往往会使设计的反应器无法操作。1)全混流反应器的多态自热过程:化工生产中的放热过程,通常利用反应热加热原料,以达到反应所要求的温度,这种过程称为自热过程。热稳定性:是指定态的抗干扰能力,当外界条件有一个小的扰动时,能否仍然达到自热要求。对反应器的要求:能自热平衡,维持反应在恒温下进行,当外部环境发生变化时,能保持热稳定性。Vm/s33hht干扰(1)全混流反应器的定态基本方程条件:一级不可逆反应;反应过程中体积不变A、放热速率B、移热速率(2)全混流反应器的多态QR(QC)QCQRNPMTTMTPTNQR曲线与QC直线的交点处QR=QC放热速率=移热速率,达到了热平衡,就是系统的操作点。并且这种交点随操作参数不同有可能是多个,这种有多个交点的现象称为反应器的多态。M点:当有扰动使T略大于TM时(dT>0),移热速率大于放热速率,体系温度下降,自动恢复到M点。当有扰动使T略小于TM(dT<0)时,移热速率小于放热速率,体系温度上升,自动恢复到M点QQCQRNPMTTMTPTN多态操作点的特征QQrQGNPMTTMTPTNP点:当有扰动使T略大于TP时(dT>0),移热速率小于放热速率,体系继续温度上降,直至到N点。当有扰动使T略小于TP时(dT<0),移热速率大于放热速率,体系温度继续下降,直至到M点。N点:当有扰动使T略大于TN时(dT>0),移热速率大于放热速率,体系温度下降,自动恢复到N点。当有扰动使T略小于TN(dT<0)时,,移热速率小于放热速率,体系温度上升,自动恢复到N点。QQCQRNPMTTMTPTN