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1、1,9 反应器的热稳定性与参数灵敏性,连续流动反应器一般按定常态设计。规定：入料量、入料组成、入料温度、压力等。特点：反应器内各量均是位置函数，与时间无关。反应器的实际操作并不总是稳定的。流量、浓度、温度等随时都在发生着变化。与一般加热、冷却或换热过程不同，反应器内的反应过程与传热过程相互关联和相互影响。对放热过程存在：,2,任何外来的扰动都有可能引起反应器操作状态的变化反应器设计应在稳定的定态下运行（定态操作） 稳定的定态：干扰去除后，系统恢复原状不稳定的定态：干扰去除后，系统恢复不了原状，偏离或严重偏离原先的操作状态,9.1 热稳定性和参数灵敏性的概念,平衡和稳定热平衡 放热和移热的速率相
2、等，参数不随时间变化稳定 对外界扰动的抵抗能力，扰动消除，能恢复原状一般，热稳定条件要比热平衡条件苛刻得多！,3,扰动：对于定态操作的反应器，器内各处温度均不随时间而变化，但实际上相关参数均不能保持严格的恒定，总会有各种偶然的原因而引起波动，这种波动称为扰动。扰动非人为调节，而是自然的波动，如流量、进口温度、冷却介质温度等参数的波动,参数敏感性（灵敏性）：反应器内相关参数（流量、进口温度、冷却温度等）作微小调整时，反应器内的温度（或反应结果）将会多大变化。过高的参数敏感性将造成参数调节的过高的精度要求，使反应器操作变得十分困难。,4,9.2 全混流反应器的热稳定性,由于全混流反应器参数均一，计
3、算简单，以此为例讨论反应器的热稳定性,5,可以用来推算达到一定转化率所需要补充或移走的热量。,6,反应器的定态一级不可逆放热反应：,7,8,9,只有两条曲线的交点才满足方程。（即左侧右侧相等）两条曲线交于N、P、M三点,分别讨论： M点：产热速率和移热速率都低 P点：产热速率和移热速率中等 N点：产热速率和移热速率都高,10,N点：当某一随机因素使温度升高到TE，此时，移热速率大于产热速率，温度将下降；若温度降低至TD，此时，产热速率大于移热速率，温度将上升，最后稳定在TN。因此，N点是稳定操作点,M点：同理，M点也是稳定操作点P点：正相反，温度升高时，产热速率大于移热速率，温度下降时，移热速
4、率大于产热速率，受到扰动时，温度或者上升到N点，或者下降到M点，因此，P点不是稳定操作点,稳定性讨论：,11,进料温度在TA与TD之间，存在两个稳定操作点,着火点F、熄火点B、飞温,着火点附近，进料温度稍有改变超温熄火点附近，进料温度稍有改变突然降温/反应终止,12,9.3 管式反应器的稳定性与参数灵敏性,热稳定性： 返混很小的管式反应器，任何一个局部发生扰动，必然引起局部的温度变化，而温度变化只会影响反应器的下游，不会影响到反应器的上游有良好壁面传热的管式反应器主要的传热方向是径向，轴向传热可以忽略。稳定性问题是由径向温度分布所引起,13,通过拟均相二维模型讨论：仅考虑径向热量传递时可以简化
5、为：边界条件：推导目的：通过上式求出管式反应器热稳定性条件和最大管径,14,15,将以上结果代入到简化了的方程中去：,16,17,以上方程在2时无有限解，说明当2时反应器的操作是不稳定的。,18,径向最大允许温度差：基于=2，解得=1.37，意为在稳定的前提下， max=1.37，即：,19,床层最大直径：为单位床层体积内放出的热量，称放热强度。则：,20,讨论： 由床层最大允许温差条件，壁温不能太低，否则允许温差太小。 由最大床层直径条件，放热强度增加，允许床层直径变小，但床层直径还受催化剂颗粒直径和反应器压降限制，不能过小，因此，在必要的情况下，有时对催化剂活性进行限制。,21,反应器的轴
6、向温度分布，对于放热反应，可能存在热点。由一维拟均相平推流模型：如果反应放热与壁面传热相等，反应器轴向将没有温度变化。,9.4 反应器的热点和操作的安全性,22,即dT/dl=0如果放热量大于移热量，则dT/dl0，温度沿轴向升高，反之温度下降。如果放热量急剧增大，而热量又不能迅速移走时，将发生温度的失控，称飞温。飞温通常发生在：1入口浓度急剧增高；2入口温度急剧增高；3冷剂流量变小；4冷剂温度增高等。,23,24,飞温可能会造成严重事故催化剂烧结，燃烧，爆炸等。产生爆炸的原因：反应体积急剧膨胀造成压力猛增，超过设备能够承受的压力；局部超温，使设备强度下降，在正常操作压力下爆炸；超温造成设备应力增大；设备腐蚀造成局部强度下降等。,25,防止爆炸的措施： 1严格控制温度、压力、浓度等操作参数； 2超限报警，联锁停车，排放可燃物； 3安全阀，阻火器，防爆膜等。,26,催化反应过程进展,强制周期操作（改变进料组成）流向周期变换操作（改变流体走向）循环流化床（始于1942年，颗粒非定态，而床内温度和浓度保持定态）催化吸收耦联催化吸附耦联催化催化耦联（双功能催化剂、过程耦联）催化蒸馏膜催化超临界化学反应,
