Температурная устойчивость адиабатического реактора. Стационарное состояние объекта называется устойчивым, если незначительные кратковременные внешние воздействия не приводят к переходу в другое стационарное

Стационарное состояние объекта называется устойчивым, если незначительные кратковременные внешние воздействия не приводят к переходу в другое стационарное состояние.

Т.е. в реакторе одного объема может реализоваться три степени превращения. Это множественность стационарных состояний.

Для того, чтобы получить зависимость решим графически относительно уравнения материального и теплового баланса.

– const.

Зависимость проходит через экстремум, потому что форма зависимости определяется скоростью процесса, и при увеличении температуры константа скорости растет, а движущая сила уменьшается.

Уравнение теплового баланса на графике – прямая линия. Тангенс угла к температурной оси определяется адиабатическим коэффициентом.

Графическое решение подтверждает график.

1 – область низкотемпературного стационарного состояния (на практике никому не нужна).

2 – область высокотемпературного стационарного состояния (на практике никому не нужна).

3 – зона множественности стационарных состояний.

Уравнение теплового баланса:

Где – температура на входе в реактор

– теплоемкость

– удельный тепловой эффект химической реакции

Так как реакция экзотермическая, то температура на выходе больше температуры входа. То уравнение показывает величину удельного конвективного теплоотвода из реакционной зоны.

умножим обе части уравнения на qхр

Т.е. это удельное количество теплоты, которое выделяется в результате протекания химической реакции.

В точках стационарного состояния наблюдается равенство тепловыделения в результате теплоотвода из реакционной зоны. Проанализируем устойчивость этих точек.

Если произошло незначительное кратковременное увеличение температуры (TAсмещено правее точки А), то наблюдается превышение теплоотвода над тепловыделением, и в результате реактор сам себя охлаждает.

Если произошло незначительное кратковременное уменьшение температуры (TA смещено левее точки А), то наблюдается превышение тепловыделения над теплоотводом, и в результате система начинает сама себя разогревать. Следовательно, точка А - точка устойчивого стационарного состояния.

Если увеличить T_B, наблюдается превышение тепловыделения над теплоотводом и реагирующая система может неконтролируемо разогреваться. В результате произойдет спекание катализатора, с последующим смещением активности и необходимости остановке реактора.

Если уменьшить Tb, наблюдается превышение теплоотвода над тепловыделением и происходит неконтролируемое охлаждение, что в свою очередь тоже влечет к остановке реактора.

Точка B - неустойчивое стационарное состояние, работать с ней нельзя.

Если произошло незначительное кратковременное увеличение температуры, то наблюдается превышение теплоотвода над тепловыделением, и в результате реактор начинает сам себя охлаждать.

Если произошло незначительное кратковременное уменьшение температуры, то наблюдается превышение тепловыделения над теплоотводом, и в результате система начинает сама себя разогревать.

Соответственно, точка C – точка устойчивого стационарного состояния.

В точку С можно попасть двумя методами:

1. Экстенсивный. В экстенсивном реакторе достраивают пусковой подогреватель и на время пуска поднимают температуру входящей смеси, а дальше постепенно снижают мощность пускового подогревателя до тех пор, пока реактор не перейдет в стационарную точку C.

Tвх обусловлена температурой зажигания катализатора.

2. Интенсивный. Запуск осуществляют на обедненной реакционной смеси, когда мала или в результате величина адиабатического коэффициента немногим отличается от нуля.