Температурная устойчивость адиабатического реактора

Стационарное состояние объекта называется устойчивым, если незначительное кратковременное внешнее воздействие не приводит к переходу в другое стационарное состояние. Стационарное состояние объекта называется неустойчивым, если незначительное кратковременное внешнее воздействие приводит к переходу в другое стационарное состояние.

Рассмотрим график степени превращения от объема реактора. Из графика видна, что одному и тому же объему реактора соответствует 3 степени превращения — множественность стационарных состояний.

ZNi,P,Vp,VNS=const. Графически решим систему материального и теплового баланса для адиабатического реактора полного смешения. Зависимость проходит через экстремум, форма зависимости определяется через скорость процесса. С ростом температуры константа скорости растет, а движущая сила падает, тангенс угла наклона к оси температур определяется адиабатическим коэффициентом.

1-область низкотемпературных стационарных состояний;

3- область высокотемпературных стационарных состояний.

Выгодна 2-ая зависимость- зона множественных стационарных состояний.

Температура выхода больше чем температура входа, так как реакция экзотермическая, отсюда это уравнение показывает величину удельного конвективного теплоотвода из реакционной зоны.

q- удельный теплоотвод реакционной зоны.

qх.р.- удельное количество теплоты, которое выделяется в результате протекания химической реакции. В точке стационарного состояния наблюдается равенство тепловыделения в результате химической реакции и теплоотвода из реакционной зоны.

Проанализируем устойчивость точек.

1. Адиабата, выраженная удельным теплоотводом.

Если произошло кратковременное незначительное увеличение температуры, то наблюдаем превышение теплоотвода над тепловыделением и в результате реактор сам себя охлаждает. Если произошло кратковременное незначительное уменьшение температуры, то наблюдается превышение тепловыделения над теплоотводом и система сама себя разогревает. Точка А – точка устойчивого стационарного состояния.

2. Если произошло кратковременное незначительное увеличение температуры, то

наблюдаем превышение тепловыделения над теплоотводом и реакционная система разогревается, в результате возможно спекание катализатора с последующим понижением активности и будет необходима остановка реактора. Если произошло кратковременное незначительное уменьшение температуры, то наблюдается превышение теплоотвода над тепловыделением, тогда реактор охлаждается и переходит в режим остановки. Точка В – точка неустойчивого стационарного состояния, в этом режиме работать нельзя.

3. Если произошло кратковременное незначительное увеличение температуры, то

наблюдаем превышение теплоотвода над тепловыделением и в результате реактор сам себя охлаждает. Если произошло кратковременное незначительное уменьшение температуры, то наблюдается превышение тепловыделения над теплоотводом и система сама себя разогревает. Точка С – точка устойчивого стационарного состояния.

Температура входа обусловлена температурой зажигания катализатора:

1). Экстенсивный путь запуска — достраивают пусковой подогреватель и на время пуска поднимают температуру входящей смеси, затем снижают мощность пускового подогревателя, пока реактор не перейдет в стационарное устойчивое состояние.

2). Интенсивный метод — запуск реактора осуществляется на обедненной реакционной смеси, то есть мольная доля ключевого компонента мала, в результате величина адиабатического коэффициента немногим отличается от 0 (адиабата практически вертикальная линия), достигается почти изотермический режим и смещается материальный баланс и существует только одна стационарная точка. Затем постепенно увеличивают концентрацию и материальный баланс постепенно возвращается в исходное состояние.