【正文】 ( ) ( )A R A mPr V H K A T TTTvC?? ? ? ? ???018 20921 5 ( ) 3 1050 ? ? ? ? ? ? ?? ? ???3/5/2023 (2) 全混流反應器操作的熱穩(wěn)定性分析 連續(xù)釜式反應器內反應物料溫度均勻一致，若為定態(tài)操作，反應是在等溫下進行的。如為非定態(tài)操作 ,屬變溫過程，即反應溫度隨時間而變，但不隨空間而變。無論是定態(tài)操作還是非定態(tài)操作，反應過程的溫度均需由反應器的熱量衡算式和物料衡算式來決定。對于放熱反應，這會出現(xiàn)定態(tài)不唯一的問題，即同時存在多個定態(tài)，操作溫度都能滿足反應器的熱量及物料衡算式。這些定態(tài)中有些定態(tài)具有抗外界干擾的能力，即在外界干擾使其偏離了原來定態(tài)，而系統(tǒng)本身具有抑制這種使其發(fā)生偏離的干擾的影響并在干擾因素消失后它又能自動回復到原來的定態(tài)操作點，這類定態(tài)我們稱之為穩(wěn)定的定態(tài)。那些不具有抗干擾能力的定態(tài)則稱為是不穩(wěn)定的定態(tài)，這就是要討論的定態(tài)穩(wěn)定性問題。 3/5/2023 為了方便地看出反應器內傳熱過程的這一特點，將式()改寫成如下形式： () 令： 生熱速率 移熱速率 ? ?00 0 0() [ 1 ] [ ]A R A mP P Pr V H K ATKATTv C v C v C? ? ?? ? ? ? ? ? ?? ?0()A R AGPr V HQvC?? ? ??000[ 1 ] [ ]mrPPK ATKAQ T Tv C v C??? ? ? ?3/5/2023 放熱速率線為一曲線，曲線的形狀和 k值與溫度的關系有關。以一級不可逆反應為例： () ()式為 S型曲線。移熱速率 Qr線為一直線， QG線、 Qr線的交點為熱平衡點。由于參數(shù)的不同， Qr線有不同的斜率和位置，如圖 。 000000 0 0() ( ) e xp[ ]()1e xp[ ]ARA A R AA R AGPPPPC Ek V H C V H kk C V Hk RTQEv C v Cv C v C kRT??? ???? ? ? ????? ? ???3/5/2023 Q Q r 1 Q r 2 Q r3 Q G T ( a ) Q Q r Q G c b a T T a T b T c (b) 圖 T～ Q的關系 3/5/2023 現(xiàn)在來看圖 (b) 中 QG線、 Qr線的 a、 b、 c 三個交點。三個交點都滿足熱平衡條件 QG=Qr，也都稱做定態(tài)操作點，下面就分析這三個點的穩(wěn)定情況及操作態(tài)的選擇。 Q Q r Q G c b a T T a T b T c a點： 當有擾動使 T略大于Ta時 (dT＞ 0)，有 QG＜ Qr ,移熱速率大于放熱速率，體系溫度下降，自動恢復到 a點。 當有擾動使 T略小于 Ta時，有 QG＞ Qr ，移熱速率小于放熱速率，體系溫度上升，自動恢復到 a點。 Q Q r Q G c b a T T a T b T c 3/5/2023 b點： 當有擾動使 T略大于 Tb時 (dT＞ 0)，有 Qr＜ QG ，移熱速率小于放熱速率，體系溫度繼續(xù)上升，直至到 c點。 當有擾動使 T略小于 Tb時，有 Qr＞ QG ，移熱速率大于放熱速率，體系溫度繼續(xù)下降，直至到 a點。 Q Q r Q G c b a T T a T b T c Q Q r Q G c b a T a T b T c 3/5/2023 c點： 當有擾動使 T略大于Tc時 (dT＞ 0)，有 QG＜ Qr ,移熱速率大于放熱速率，體系溫度下降，自動恢復到 c點。 當有擾動使 T略小于 Tc時，有 QG＞ Qr ，移熱速率小于放熱速率，體系溫度上升，自動恢復到 c點 從上面的分析可知 a、 c點是穩(wěn)定的定態(tài)點， b點為不穩(wěn)定定態(tài)點。設計連續(xù)釜式反應器時，應選擇在穩(wěn)定的定態(tài)點操作，而且一般選擇上定態(tài)點，即圖 (b)中的 c點。a點雖穩(wěn)定，但轉化率低，失去了實際價值。 Q Q r Q G c b a T T a T b T c 。 Q Q r Q G c b T T a T b T c 3/5/2023 由圖可見，在穩(wěn)定的定態(tài)點 a及 c處，移熱線的斜率大于放熱曲線的斜率，即： () 這是定態(tài)操作穩(wěn)定的必要條件，但不是充分條件，也就是說，如果滿足式 ()，則定態(tài)可能是穩(wěn)定的；若不滿足該式，則定態(tài)一定是不穩(wěn)定的。 定態(tài)穩(wěn)定的必要條件是： ① ② Gr dQdQdT dT?rG?Gr dQdQdT dT?3/5/2023 隨著操作條件的改變， 定態(tài)溫度也隨之而變。圖 進料溫度 T0與定態(tài)溫度 T的關系示意圖。 當進料溫度從 TG慢慢地增加至 TE時，定態(tài)溫度的變化如圖中曲線 GAFDE所示。 值得注意的是曲線在 F點處是不連續(xù)的，定態(tài)溫度突然增高，這一點稱為著火點；再繼續(xù)提高進料溫度，定態(tài)溫度的升高再不出現(xiàn)突跳現(xiàn)象；若將進料溫度逐漸降低，比如從TE降至 TG，定態(tài)溫度則沿EDBAG曲線下降。這條曲線也存在一個間斷點 B，此處定態(tài)溫度出現(xiàn)突降，這點稱為熄火點。 T E D B F G A T 0 T G T A T D T E 圖 T0與定態(tài)溫度 T的 關系示意圖 3/5/2023 著火與熄火現(xiàn)象對于反應器操作控制甚為重要，特別是開停工的時候。例如，若操作溫度是在著火點附近，則進料溫度稍有改變，便會產(chǎn)生超溫，從而破壞操作，可能出現(xiàn)燒壞催化劑或者可能產(chǎn)生爆炸等事故；在熄火點附近操作時，則易產(chǎn)生突然降溫以致反應終止。 為了使反應器操作穩(wěn)定，應使用盡可能大的傳熱面積和盡可能小的傳熱溫差等。至于釜式反應器，如果調節(jié)手段適當，不一定非要在穩(wěn)定的定態(tài)下操作。 3/5/2023 謝謝觀看 /歡迎下載 BY FAITH I MEAN A VISION OF GOOD ONE CHERISHES AND THE ENTHUSIASM THAT PUSHES ONE TO SEEK ITS FULFILLMENT REGARDLESS OF OBSTACLES. BY FAITH I BY FAIT