chap-9-反應(yīng)器的熱穩(wěn)定性和參數(shù)靈敏性ppt課件

1、1,9 反應(yīng)器的熱穩(wěn)定性與參數(shù)靈敏性,連續(xù)流動反應(yīng)器一般按定常態(tài)設(shè)計。規(guī)定：入料量、入料組成、入料溫度、壓力等。特點(diǎn)：反應(yīng)器內(nèi)各量均是位置函數(shù)，與時間無關(guān)。 反應(yīng)器的實(shí)際操作并不總是穩(wěn)定的。流量、濃度、溫度等隨時都在發(fā)生著變化。與一般加熱、冷卻或換熱過程不同，反應(yīng)器內(nèi)的反應(yīng)過程與傳熱過程相互關(guān)聯(lián)和相互影響。對放熱過程存在,2,任何外來的擾動都有可能引起反應(yīng)器操作狀態(tài)的變化 反應(yīng)器設(shè)計應(yīng)在穩(wěn)定的定態(tài)下運(yùn)行（定態(tài)操作） 穩(wěn)定的定態(tài)：干擾去除后，系統(tǒng)恢復(fù)原狀 不穩(wěn)定的定態(tài)：干擾去除后，系統(tǒng)恢復(fù)不了原狀，偏離或嚴(yán)重偏離原先的操作狀態(tài),9.1 熱穩(wěn)定性和參數(shù)靈敏性的概念,平衡和穩(wěn)定 熱平衡 放熱和移熱的

2、速率相等，參數(shù)不隨時間變化 穩(wěn)定 對外界擾動的抵抗能力，擾動消除，能恢復(fù)原狀 一般，熱穩(wěn)定條件要比熱平衡條件苛刻得多,3,擾動：對于定態(tài)操作的反應(yīng)器，器內(nèi)各處溫度均不隨時間而變化，但實(shí)際上相關(guān)參數(shù)均不能保持嚴(yán)格的恒定，總會有各種偶然的原因而引起波動，這種波動稱為擾動。 擾動非人為調(diào)節(jié)，而是自然的波動，如流量、進(jìn)口溫度、冷卻介質(zhì)溫度等參數(shù)的波動,參數(shù)敏感性（靈敏性）：反應(yīng)器內(nèi)相關(guān)參數(shù)（流量、進(jìn)口溫度、冷卻溫度等）作微小調(diào)整時，反應(yīng)器內(nèi)的溫度（或反應(yīng)結(jié)果）將會多大變化。 過高的參數(shù)敏感性將造成參數(shù)調(diào)節(jié)的過高的精度要求，使反應(yīng)器操作變得十分困難,4,9.2 全混流反應(yīng)器的熱穩(wěn)定性,由于全混流反應(yīng)器參

3、數(shù)均一，計算簡單，以此為例討論反應(yīng)器的熱穩(wěn)定性,5,可以用來推算達(dá)到一定轉(zhuǎn)化率所需要補(bǔ)充或移走的熱量,6,反應(yīng)器的定態(tài) 一級不可逆放熱反應(yīng),7,8,9,只有兩條曲線的交點(diǎn)才滿足方程。（即左側(cè)右側(cè)相等） 兩條曲線交于N、P、M三點(diǎn),分別討論： M點(diǎn)：產(chǎn)熱速率和移熱速率都低 P點(diǎn)：產(chǎn)熱速率和移熱速率中等 N點(diǎn)：產(chǎn)熱速率和移熱速率都高,10,N點(diǎn)：當(dāng)某一隨機(jī)因素使溫度升高到TE，此時，移熱速率大于產(chǎn)熱速率，溫度將下降；若溫度降低至TD，此時，產(chǎn)熱速率大于移熱速率，溫度將上升，最后穩(wěn)定在TN。因此，N點(diǎn)是穩(wěn)定操作點(diǎn),M點(diǎn)：同理，M點(diǎn)也是穩(wěn)定操作點(diǎn) P點(diǎn)：正相反，溫度升高時，產(chǎn)熱速率大于移熱速率，溫度下

4、降時，移熱速率大于產(chǎn)熱速率，受到擾動時，溫度或者上升到N點(diǎn)，或者下降到M點(diǎn)，因此，P點(diǎn)不是穩(wěn)定操作點(diǎn),穩(wěn)定性討論,11,進(jìn)料溫度在TA與TD之間，存在兩個穩(wěn)定操作點(diǎn),著火點(diǎn)F、熄火點(diǎn)B、飛溫,著火點(diǎn)附近，進(jìn)料溫度稍有改變超溫 熄火點(diǎn)附近，進(jìn)料溫度稍有改變突然降溫/反應(yīng)終止,12,9.3 管式反應(yīng)器的穩(wěn)定性與參數(shù)靈敏性,熱穩(wěn)定性： 返混很小的管式反應(yīng)器，任何一個局部發(fā)生擾動，必然引起局部的溫度變化，而溫度變化只會影響反應(yīng)器的下游，不會影響到反應(yīng)器的上游 有良好壁面?zhèn)鳠岬墓苁椒磻?yīng)器主要的傳熱方向是徑向，軸向傳熱可以忽略。穩(wěn)定性問題是由徑向溫度分布所引起,13,通過擬均相二維模型討論： 僅考慮徑向熱

5、量傳遞時可以簡化為： 邊界條件： 推導(dǎo)目的：通過上式求出管式反應(yīng)器熱穩(wěn)定性條件和最大管徑,14,15,將以上結(jié)果代入到簡化了的方程中去,16,17,以上方程在2時無有限解，說明當(dāng)2時反應(yīng)器的操作是不穩(wěn)定的,18,徑向最大允許溫度差： 基于=2，解得=1.37，意為在穩(wěn)定的前提下， max=1.37，即,19,床層最大直徑： 為單位床層體積內(nèi)放出的熱量，稱放熱強(qiáng)度。則,20,討論： 由床層最大允許溫差條件，壁溫不能太低，否則允許溫差太小。 由最大床層直徑條件，放熱強(qiáng)度增加，允許床層直徑變小，但床層直徑還受催化劑顆粒直徑和反應(yīng)器壓降限制，不能過小，因此，在必要的情況下，有時對催化劑活性進(jìn)行限制,2

6、1,反應(yīng)器的軸向溫度分布，對于放熱反應(yīng)，可能存在熱點(diǎn)。 由一維擬均相平推流模型： 如果反應(yīng)放熱與壁面?zhèn)鳠嵯嗟龋磻?yīng)器軸向?qū)]有溫度變化,9.4 反應(yīng)器的熱點(diǎn)和操作的安全性,22,即dT/dl=0 如果放熱量大于移熱量，則dT/dl0，溫度沿軸向升高，反之溫度下降。 如果放熱量急劇增大，而熱量又不能迅速移走時，將發(fā)生溫度的失控，稱飛溫。 飛溫通常發(fā)生在： 1入口濃度急劇增高； 2入口溫度急劇增高； 3冷劑流量變小； 4冷劑溫度增高等,23,24,飛溫可能會造成嚴(yán)重事故催化劑燒結(jié)，燃燒，爆炸等。 產(chǎn)生爆炸的原因： 反應(yīng)體積急劇膨脹造成壓力猛增，超過設(shè)備能夠承受的壓力； 局部超溫，使設(shè)備強(qiáng)度下降，在正常操作壓力下爆炸； 超溫造成設(shè)備應(yīng)力增大； 設(shè)備腐蝕造成局部強(qiáng)度下降等,25,防止爆炸的措施： 1嚴(yán)格控制溫度、壓力、濃度等操作參數(shù)； 2超限報警，聯(lián)鎖停車，排放可燃物； 3安全閥，阻火器，防爆膜等,26,催化反應(yīng)過程進(jìn)展,強(qiáng)制周期操作（改變進(jìn)料組成）