Материал: II. хим реакторы

Ниже показан реальный режим процесса в реакторе с тремя реакционными участками в виде пилообразной линии.

Предложите типы реакторов: многослойные реакторы ИВ или ИС-н, с промежуточными т/о, с вводом холодного газа после первого слоя и т/о после остальных слоев; трубчатый реактор вытеснения с непрерывным отводом тепла.

Неоднозначность и множественность стационарных режимов в адиабатическом реакторе

АНАЛИЗ РЕШЕНИЯ

Решение уравнение адиабаты имеет 1 или 3 корня (рис.) Все режимы 1, 2 или 3 – стационарные. Нелинейная зависимость между тепловыделением qp(Т) в реакторе от температуры обусловливает возможность появления неоднозначных стационарных режимов (несколько точек пересечения с линейной зависимостью qТ(Т).

Внизкотемпературном режиме 1 скорость и степень превращение в реакторе

–небольшие. При почти полном превращении в режиме 3 температура в реакторе

будет большая, равная адиабатическому разогреву. Привлекательным может оказаться среднетемпературный режим 2.

Для проверки условий его реализации рассмотрим свойства всех стационарных режимов.

УСТОЙЧИВОСТЬ СТАЦИОНАРНЫХ РЕЖИМОВ

Пусть процесс находится в стационарном режиме 1 (рис. б). Температура в реакторе Т1. Пусть по каким-либо причинам температура увеличилась до Т1'. При этом qт возрастет больше, чем qp. Если источник возмущения устранен, то преобладаю-щий теплоотвод (qт) приведет к снижению температуры. Режим самопроизвольно вернется в первоначальное состояние с температурой Т1. Если температура в реакторе уменьшится до Т1", то тепловыделение qp станет больше теплоотвода qт. Реактор будет разогреваться до температуры стационарного режима Т1. Аналогичная ситуация будет и в высокотемпературном стационарном состоянии 3 (рис. г).

Такие стационарные состояния называются устойчивыми, и для них выполняется условие

dqp/dT < dqт/dT

В среднетемпературном режиме 2 (рис. в) повышение температурыотТ2 до Т2' из-за возможного возмущения режима приведет к более сильному возрастанию тепловыделения qp, чем теплоотвода qт. Температура в реакторе будет продолжать увеличиваться вплоть до высокотемпературного стационарного состояния. Самопроизвольно прежний среднетемпературный режим не восстановится. Понижение температуры доТ2"приведет к дальнейшему остыванию реактора, вплоть до достижения низкотемпературного состояния. И такое будет происходить при любых малых изменениях T - первоначальный стационарный режим не будет восстанавливаться самопроизвольно. Такой режим называется неустойчивым. Для него dqp/dT > dqт/dT.

Вывод: Если в стационарное состояние внесено кратковременное возмущение, и после его снятия первоначальное состояние самопроизвольно восстановится - оно считается устойчивым.

Неустойчивое стационарное состояние самопроизвольно не восстанавливается после внесения в него кратковременных возмущений.

Среднетемпературный режим в практике не реализуется.