【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(yīng)器操作的熱穩(wěn)定性分析 連續(xù)釜式反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)物料溫度均勻一致，若為定態(tài)操作，反應(yīng)是在等溫下進(jìn)行的。如為非定態(tài)操作 ,屬變溫過程，即反應(yīng)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(yīng)過程的溫度均需由反應(yīng)器的熱量衡算式和物料衡算式來決定。對于放熱反應(yīng)，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(yīng)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(fù)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(yīng)器內(nèi)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(guān)系有關(guān)。以一級不可逆反應(yīng)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(guān)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(dāng)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(fù)到 a點。 當(dāng)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(fù)到 a點。 Q Q r Q G c b a T T a T b T c 3/5/2023 b點： 當(dāng)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(dāng)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(dāng)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(fù)到 c點。 當(dāng)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(fù)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(shè)計連續(xù)釜式反應(yīng)器時，應(yīng)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(zhuǎn)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(jìn)料溫度 T0與定態(tài)溫度 T的關(guān)系示意圖。 當(dāng)進(jìn)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(jìn)料溫度，定態(tài)溫度的升高再不出現(xiàn)突跳現(xiàn)象；若將進(jìn)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(guān)系示意圖 3/5/2023 著火與熄火現(xiàn)象對于反應(yīng)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(jìn)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(yīng)終止。 為了使反應(yīng)器操作穩(wěn)定，應(yīng)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(yīng)器，如果調(diào)節(jié)手段適當(dāng)，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