第九章反应器热稳定性
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全混流反应器的热稳定性
结论
(1) C与d等效，平推流与全混流反应器串联时，与顺序无关。 （2）e与f等效，两个平推流反应器串联和并联时结果相同，与 连接方式无关。 （3）CAf：a>b>c=d>e=f (4)xAf:f=e>d=c>b>a
思考题：
等体积的平推流与全混流反应器串联，在等温条件下 进行二级不可逆反应，反应速率
平推流反应器： VR V0C A0 dxA rA
x Af 0
x Af
0
dxA rA
间歇反应器：不考虑辅 助操作时间 t C A0
x Af 0
VR V0t V0C A0
dxA rA
(2) 全混流反应器与平推流反应器体积比较 如果全混流反应器与平推流反应器中进行相同的反 应，采用相同的进料流量与进料浓度，反应温度与最终 反应率也相同。则由于全混流反应器中存在返混。所以 反应体积要大一些。
3.3.4
全混流反应器的热稳定性
任何化学反应都有一定的热效应，因此有必要讨论 反应器的传热问题，尤其当反应器放热强度较大时，传 热过程对化学反应过程的影响，往往成为过程的关键因 素。反应过程中的热量传递与传质一样，也可按其尺度 分为：设备尺度的热量传递和颗粒尺度的热量传递。 对放热反应过程，当某些外界因素使得反应温度升 高时，根据阿累尼乌斯公式可知反应速率随之加快。然 而反应速率的剧增，反应放热速率也愈大这就使反应温 度进一步上升，因而就可能出现如下的恶性循环 反应温度上升 反应速率加快 反应放热速率增大
E C A0VR (H R )k10 exp( ) C A0VR k (H R ) RT QR E 1 k m 1 m k10 exp( ) RT
B、移热速率
化学反应工程原理-副本第九章 热量传递与反应器的热稳定性
第九章热量传递与反应器的热稳定性
1.如何区分反应过程中的反应与传热的交联作用所产生的热稳定性问题和参数灵敏性问题？
2.
2.作出催化剂颗粒放热曲线和移热曲线，说明哪些点是稳定点，哪些点是不稳定点？稳定的条件是什么？
3. 作出催化剂颗粒放热曲线和移热曲线，说明哪些点是催化剂颗粒临界着火点，催化剂颗粒临界着火的条件是什么？哪些点是催化剂颗粒临界熄火点？催化剂颗粒临界熄火的条件是什么？
4. 如图所示，当工艺条件要求催化剂颗粒必须操作在B点上，必须采用什么途径实现稳定操作，请说明理由，并在图中标出反应物主流体温度。
化学反应工程原理-热量传递与反应器的热稳定性
04 热量传递与反应器热稳定 性关系
热量传递对反应器热稳定性影响
温度梯度
热量传递导致反应器内温度分布不均，形成温度 梯度，影响反应速率和选择性。
热应力
不均匀的温度分布导致反应器材料产生热应力， 可能引发破裂或变形。
热失控
过度的热量积累可能导致反应器热失控，引发安 全事故。
反应器热稳定性对热量传递要求
传热面积等。
选用高性能材料
选择具有优良传热性能和高温 稳定性的材料，如陶瓷、金属 合金等。
强化热量管理
采用先进的热量管理技术，如 热管技术、微通道反应器等， 提高热量传递效率。
引入控制系统
引入先进的温度控制系统，实 现反应温度的精确控制，确保
反应器热稳定性。
05 热量传递与反应器热稳定 性实验方法
热稳定性影响因素
01
反应器结构
反应器的形状、尺寸、材质和保温措施等结构因素都会影响其热稳定性。
例如，反应器壁面厚度和材质热导率会影响热量传递速率，从而影响热
稳定性。
02
操作条件
操作压力、温度、物料浓度和流速等操作条件对反应器的热稳定性也有
显著影响。例如，高温高压条件下，反应速率加快，热量生成增多，对
优化措施
为实现优化目标，采取了多种措施，包括 改进换热器设计、优化操作参数、实施节 能技术改造等。
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基于模拟的评价方法
通过建立反应器的数学模型，模拟不同操作条件下的温度响应过程，分析模拟结果中的温 度波动范围和稳定时间等参数，评价反应器的热稳定性。这种方法成本低、效率高，但模 型精度和适用性需要验证。
基于理论分析的评价方法
通过分析反应器内的热量传递和反应动力学过程，推导热稳定性的理论判据和评价方法。 这种方法具有普适性，但需要深入的理论分析和计算。
第九章气液固三相反应工程
相关的文献：
所著“气-液-固流态化工程”第四章对淤浆鼓泡反应器的
有关问题作了深入的讨论。当固体为细颗粒，淤浆的性 能可作为拟均相（即拟液体）处理时，可采用气-液鼓泡 反应器的有关理论；
等对气-液-固三相反应器的有关研究工作作了综述； 及的专著对鼓泡淤浆床反应器的流体力学、传热、传质
及工业应用作了详细的综述及讨论；
接
液化，石油馏分加氢脱硫，煤制合成气催化
合
成燃料油的费-托()合成过程
液相为惰性相的气-液-固催化反应，液相作为热
载体，例如，一氧化碳催化加氢生成烃类、醇类、 醛类、酮类和酸类的混合物。
工业上采用的气-液-固反应器按床层的性
质主要分成两种类型，即固体处于固定床和悬浮
床。
（一）固定床气-液-固三相反应器 滴流床或称涓流床反应器是固定床三相反应
利用机械搅拌的方法使催化剂或固体颗粒保 持悬浮状态，它有较高的传质和传热系数，对于 三相催化反应和含高粘度的非牛顿型流体的反应 系统尤为合适。
通过剧烈搅拌，催化剂悬浮在液相中，气体 和颗粒催化剂充分接触，并使用细颗粒催化剂， 可提高总体速率。
该类反应器操作方便且运转费用低，工业上 常用于油脂加氢、有机物的氧化等过程，采用半 间歇操作方式，气相连续通入反应器，被加工的 液相达到一定的转化率后，停止反应并卸料。
对于机械搅拌悬浮反应器，要注意： 颗粒悬浮的临界转速； 允许的极限气速。
2. 鼓泡淤浆床三相反应器的特征
鼓泡淤浆床反应器（ ,简称）的基础是气液鼓泡反应器，即在其中加入固体，往往文献中 将鼓泡淤浆床反应器与气-液鼓泡反应器同时进行 综述。
作为催化反应器时， 鼓泡淤浆床反应器有下列优点：
使用细颗粒催化剂，充分消除了大颗粒催化剂粒内传质
化学反应中催化剂的热稳定性研究
化学反应中催化剂的热稳定性研究化学反应中的催化剂对反应速率和选择性有着重要影响。
然而，在高温反应中，催化剂可能会失去催化活性，导致反应的效率降低。
因此，研究催化剂的热稳定性是非常重要的。
在本文中，我们将介绍几种用于研究催化剂热稳定性的方法。
1. 差示扫描量热法（DSC）差示扫描量热法是一种通过测量反应热以评估热力学稳定性的技术。
DSC技术通过将样品和参比物放置在两个密闭的容器中，并隔绝在同一加热规定条件下同时扫描这两个容器，以测量样品热力学特性的变化，比如热机械效应，相变及化学反应等。
因此，DSC是一种可以用来研究催化剂的热稳定性及热解行为的技术。
通过对DSC曲线的分析，可以确定催化剂的热稳定性，同时还可以确定催化剂失活的温度和其过程是可逆还是不可逆。
2. 气相色谱（GC）气相色谱是一种广泛用于研究催化剂性质的技术。
在GC分析中，通过将反应物和产物分离和定量，可以评估催化剂的效率、选择性和活性。
通过气相色谱分离反应物和产物，可以确定催化剂失活的温度和过程，同时，还可以确定催化剂失活的原因。
3. 透射电子显微镜（TEM）透射电镜在材料科学和工程领域中的应用越来越广泛。
在研究催化剂的热稳定性方面，TEM可以用来研究催化剂的微观结构和缺陷。
通过观察催化剂的结构和形态，可以确定催化剂的热稳定性和失活机制。
4. X射线衍射（XRD）X射线衍射是通过散射和衍射X射线的技术研究材料物理和化学特性的一种技术。
在研究催化剂的热稳定性方面，XRD可以用来研究催化剂的晶体结构。
通过观察催化剂的晶体结构的变化，可以确定催化剂失活的温度和原因。
总之，研究催化剂的热稳定性是非常复杂和多方面的。
DSC、GC、TEM和XRD是常用的研究催化剂热稳定性的技术。
通过对这些技术的应用，可以确定催化剂的热稳定性、失活机制和失活的温度。
这些信息对于催化剂的设计和产业应用有着关键性的意义。
第九章 反应器热稳定性
（9.2-3）
并将式中变量改用无因次量表示：
Z r dt 2 dr dZ dt 2 T TW 2 RTW E
Edt2 k 0 E 令 f (c AS ) exp( )(H r )(1 B ) （9.2-4） 2 RTW 4RTW r
则式（9.2-2）可化简为：
2 RTW 1.37 E
（9.2-8）
（9.2-9）
管式反应器允许最大管直径可由： δ=2.0求得。
令 Q (H r )(1 B )( R A ) Q是单位床层体积内放出 的热量，称为放热强度 。 Edt2,max Q 2 2 4 RTW r 故 d t ,max
T0、T、TC—分别为反应器 进口、出口及冷却介质温 度，K;
ρ—物料平均密度，kg/m3; K—总传热系数，J/m2.K;
所以，热量衡算式为：
V0 c p (T T0 ) (rA )(H r )VR KA(TC T )
（9.1-2）
9.1.2 全混流反应器的定态
对于一级不可逆放热反应，式（9.1-2）可以分为移 热速率和放热速率两部分： 移热速率： 放热速率：
T随T0的变化曲线是GAFBDE
进料T0 温度变化路径 从G点 升温 从E点 降温 GAFDE EDBAG 特殊点 特点
T
B
D
E
着火点F F点T陡升
F
熄火点B B点T陡降 G A
T0
注意： 当进料温度在TA~ TD范围内时， 产生放热反应多定态现象（吸热反应 只有一个定态）。 在F点附近操作时，很容易产生 超温现象，造成烧毁催化剂，或燃烧 爆炸等事故现象。
P M T
图9-1 全混流反应器的定态操作温度
9反应器的热稳定性和参数灵敏性
进行气固相催化反应器设计时，应注意的地方： 1、反应器设计时，要考虑安全裕度； 2、设计合理的操作规范，严格操作程序。 如催化剂再生时，温度不能超过额定值、注意 催化剂再生时破碎等情况、反应的危险性等； 3、反应器严格按照设计进行制造、检验，坚决 杜绝有缺陷的反应器投入使用等。
二、反应器参数的灵敏性 当反应系统一个参数的微小变化引起其他参数有重大 变化时，这种现象称为参数的灵敏性。
这类反应器不会造成整体的多态操作和不稳定性。
第三节 反应器参数的灵敏性
一、反应器的安全性
对于反应器的设计师或反应器的操作人员而言，都应 十分关心反应器的安全性。对于多数反应器，都能按 照其设计的操作方案平稳地进行操作，而少数反应器， 则存在操作失常状态，严重的将引起致命的事故。因 此反应器的设计师有责任检验和确保反应器平稳安全 地进行操作。
对于确定的反应过程反应热恒定定压热容变化也不大故最好的办法是在原料气中掺入惰性气体不参加反应的气体这样可降低反应物的浓度从而降低绝热温升达到提高反应转化率的目的
第九章 Chapter 9
反应器的热稳定性和参数灵敏性 Thermal Stability & Parameter Sensitivity
连续流动反应器一般按定常态进行设计，即规定了进 料流量、组成及温度；反应器内物料浓度、温度、冷 却（加热）介质的温度、流量不随时间发生变化。 在实际生产过程中，这些参数不可能恒定不变。 当出现某种干扰时，生产能否在最佳条件下操作？
1、绝热式反应器的参数敏感性 反应器各处状态仅决定于进口条件。 假定：径向温度均一，采用一维拟均相模型：
dxA ( R A )(1 B ) 物料衡算： dL u 0 c A0
热量衡算： dT
化学反应器的热稳定性和参数灵敏性
二、全混流反应器的热稳定性
1、全混流反应器的多重定态
定态下操作的全混流反应器，反应温度系由整个反应器
的物料衡算和热量衡算决定。当反应器中进行一级不可逆反
应A→B时，物料衡算方程为：
qV (cA0 cA ) VRkcA
或
cA
cA0
1 k
(1)
热量衡算方程为：
qV cP (T T0 ) UAR (T Tc ) (H）VRkcA
Tad
k 1 k
Tad
1k0ke0xepx(p(RERTET)（) 5）
由上式可以看出，当停留时间 一定时，如果T很小，则
有 k ，这1 时发热曲线为指数曲线；T很大时，则
有 k
， Qg趋近于绝热温升△Tad，此时其斜率接近于0，
曲线平行于T轴。温度一定时，则停留时间越长，发热量越
大。Qg曲线如下图所示。
高进口温度至Te，反应温度将逐渐升高至点9。当进口温度从
Te逐渐下降至Tb时，反应温度会沿着S型曲线的上半支逐渐 下降至点6，此时进口温度若继续下降，反应温度将突降至点
2，即熄火现象。
下图为进口温度与反应温度之间的关系。反应温度随进
口温度存在两个突变点，着火温度Td和熄火温度Tb。着火温度
和熄火温度时不相等的，进口温度在两者中间时，
量，温度会继续下降到T3；当温度上升到Tb时，发热量大于
移热量，温度会继续上升到T7，可知点5是不稳定的。 可以看出，定态点3、5、7的移热线斜率和发热线斜率有：
dQg
dT
3
dQ r dT
3
,
dQg dT
7
dQ r dT
7
,
dQg dT
5
dQr dT 5
反应器稳定性与非等温反应器设计(课件)
复习
• 反应器体积
V
V
dV
cAf vdcA
0
r c A 0
A
• 热衡算:
dE
dt
Q W
n i 1
Ei Fi
|in
n
i 1
Ei Fi
|out
全混流反应器的热稳定性
全混流反应器操作中的温度控制问题 全混流反应器的多重定态 全混流反应器的热稳定性
13:08:19
反应器的温度控制
• 采用全混流反应器
)
进料量小时的情况
A
操作参数对多重定态的影响
进料量的影响：
增大进料量， Qr
移热线斜率减
F
小，移热线右
倾斜
接触时间缩短，
转化率降低，
放热量减少， 生热线右移
AB
T
操作参数对多重定态的影响
进料量的影响：
增大进料量， Qr 移热线斜率减 小，移热线右 倾斜
G F
接触时间缩短，
转化率降低，
E
放热量减少，
• 定态点B：
Q
• 温度高于定态点
• Qg<Qr • 可回到定态点
• 温度低于定态点
• Qg>Qr • 可回到定态点
• 稳定的定态点 A B
• 反应速度慢，无意义
Qr
E
F Qg
D
C
T
全混流反应器定态点的稳定性
• 定态点D：
Q
• 温度高于定态点
• Qg>Qr • 到定态点E
• 温度低于定态点
• Qg<Qr • 到定态点B
• 操作定态：
• Qg=Qr
Q
• 定态数： • 最多三个 • 最少一个
• 反应器体积
V
V
dV
cAf vdcA
0
r c A 0
A
• 热衡算:
dE
dt
Q W
n i 1
Ei Fi
|in
n
i 1
Ei Fi
|out
全混流反应器的热稳定性
全混流反应器操作中的温度控制问题 全混流反应器的多重定态 全混流反应器的热稳定性
13:08:19
反应器的温度控制
• 采用全混流反应器
)
进料量小时的情况
A
操作参数对多重定态的影响
进料量的影响：
增大进料量， Qr
移热线斜率减
F
小，移热线右
倾斜
接触时间缩短，
转化率降低，
放热量减少， 生热线右移
AB
T
操作参数对多重定态的影响
进料量的影响：
增大进料量， Qr 移热线斜率减 小，移热线右 倾斜
G F
接触时间缩短，
转化率降低，
E
放热量减少，
• 定态点B：
Q
• 温度高于定态点
• Qg<Qr • 可回到定态点
• 温度低于定态点
• Qg>Qr • 可回到定态点
• 稳定的定态点 A B
• 反应速度慢，无意义
Qr
E
F Qg
D
C
T
全混流反应器定态点的稳定性
• 定态点D：
Q
• 温度高于定态点
• Qg>Qr • 到定态点E
• 温度低于定态点
• Qg<Qr • 到定态点B
• 操作定态：
• Qg=Qr
Q
• 定态数： • 最多三个 • 最少一个
第九章、热量传递与反应器的热稳定性课件
24
以Qg—T作图为一S形曲线，如下图示。 反应过程的移热速率：
假设T0=Tc，且ρ 、Cp不随温度变，则： 以Qr—T作图为一直线。
25
26
二、全混釜的热稳定性 A 、B 、C三点均为满足热平衡条件的定态点。
A点： 当有扰动使T略大于TA 时(dT＞0)，有Qg＜Qr ，移热速
率大于放热速率，体系温度下降，自动恢复到a点。当有扰动使 T略小于TA 时，有Qg＞Qr ，移热速率小于放热速率，体系温度 上升，自动恢复到A点。
催化剂与颗粒间的传热速率为：
15
催化剂在临界着火条件下的特征为： 在临界着火点处，反应温度较低，其极限反应速率远远小于
极限扩散速率，固可近似认为： CS=Cb ,则有： 将上式对Ts求导数：
16
将
代入：
对TS求导数得：
得：
又据：
两式相除得：
17
在临界着火点： TS=TSi , Tb=Tig 固有：
率小于放热速率，体系继续温度上降，直至到C点；
当有扰动使T略小于T B 时，有Qr＞Qg ，移热速率大于放热 速率，体系温度继续下降，直至到A点。此点为不稳定点。
11
C点： 当有扰动使T略大于Tc 时(dT＞0)，有Qg＜Qr ，移热速
率大于放热速率，体系温度下降，自动恢复到C点； 当有扰动使T略小于TC 时，有Qg＞Qr ，移热速率小于放热
致反应温度和反应结果的剧烈变
化，灵敏性很高。 o
37
同样，在D点操作时，若传热系数U增大，其Qr线的斜率会 相应增大，操作点会由原D点移至E点，表现出极大的灵敏性。
若在E点操作， TC升高时， Qr线会右移，操作点会从E点升 至D’ 点；另外， U减小， Qr线的斜率会相应减小，也会造成操作 点的移动，使温度剧升，此现象称为“飞温”。
以Qg—T作图为一S形曲线，如下图示。 反应过程的移热速率：
假设T0=Tc，且ρ 、Cp不随温度变，则： 以Qr—T作图为一直线。
25
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二、全混釜的热稳定性 A 、B 、C三点均为满足热平衡条件的定态点。
A点： 当有扰动使T略大于TA 时(dT＞0)，有Qg＜Qr ，移热速
率大于放热速率，体系温度下降，自动恢复到a点。当有扰动使 T略小于TA 时，有Qg＞Qr ，移热速率小于放热速率，体系温度 上升，自动恢复到A点。
催化剂与颗粒间的传热速率为：
15
催化剂在临界着火条件下的特征为： 在临界着火点处，反应温度较低，其极限反应速率远远小于
极限扩散速率，固可近似认为： CS=Cb ,则有： 将上式对Ts求导数：
16
将
代入：
对TS求导数得：
得：
又据：
两式相除得：
17
在临界着火点： TS=TSi , Tb=Tig 固有：
率小于放热速率，体系继续温度上降，直至到C点；
当有扰动使T略小于T B 时，有Qr＞Qg ，移热速率大于放热 速率，体系温度继续下降，直至到A点。此点为不稳定点。
11
C点： 当有扰动使T略大于Tc 时(dT＞0)，有Qg＜Qr ，移热速
率大于放热速率，体系温度下降，自动恢复到C点； 当有扰动使T略小于TC 时，有Qg＞Qr ，移热速率小于放热
致反应温度和反应结果的剧烈变
化，灵敏性很高。 o
37
同样，在D点操作时，若传热系数U增大，其Qr线的斜率会 相应增大，操作点会由原D点移至E点，表现出极大的灵敏性。
若在E点操作， TC升高时， Qr线会右移，操作点会从E点升 至D’ 点；另外， U减小， Qr线的斜率会相应减小，也会造成操作 点的移动，使温度剧升，此现象称为“飞温”。
7反应器热稳定性28
达到定态所需时间及定态时的温度浓度值.
如果出于安全考虑釜内温度不得超过180F,在釜内 初值为T=150F ,CA=0时起动是否安全 初值为T=150F ,CA=0.14时起动是否安全 解
vA=80 lbmol/hrv vB=1000 lbmol/hrv UA=16000Btu/hrF vM=100 lbmol/hrv
T
3 定常态热稳定性判据
稳定性判据可由对放热曲线和散 热曲线的分析得到。
对于稳态点a或c，当扰动dT > 0 时，则 dQr > dQg ；
而当扰动dT < 0时，dQr > dQg， 均同除于dT，可得
Q c
b
dQr dQg dT dT
dQr
dQg
a dT T
上式即为定常态稳定性的判别式。该式表明，在工作点处的 放热曲线的斜率小于散热曲线的斜率时，定态点是稳定的。
T0 ,v, CA0
U [J/hr m2 ℃]
空时 =V/v
dC A (C A0 C A ) kC A dt V 积累项 流动项 源项
热衡算动态方程
Tm
V T d
h
v, CA
dT (V CP ) CP (T0 T ) (h d )U (T Tm ) (H )VkC A dt 积累项 流动项 换热项 源项
t f ( x, T )
B点
C, A二点
如对C, A二点——出现（干扰）后也能恢复 对B点 —— 任何（干扰），都使工作点发生转变
2 CSTR定态分析
1) 放热曲线Qg － T
Qg
Qgmax= (-⊿H)Ft 0 yA0
由定态方程 (无时间变量t)的 解可求得定态下的温变T
全混流反应器的热稳定性
(f)为两只平推流反应器串联，第二平推流反应器出口浓度为
k VR V0 2k VR V0 2 k
C Af , f C A1e
C A0 e
C A0 e
(g)为平推流与全混流反应器并联
cAf , g
c A0 2 kt 0.5 cA0e 1 2k
（2）全混流反应器的多态
QR C A0VR k (H R ) 1 k m C A0VR (H R )k10 exp( E 1 m k10 exp( ) RT E ) RT
QR(QC) QC
QR
N
QR曲线与QC直线的交点处 QR =QC
P
放热速率=移热速率，达到了热平 衡，就是系统的操作点。并且这 种交点随操作参数不同有可能是 多个，这种有多个交点的现象称 为反应器的多态。
当k 1时 C A0 C C Af ,a A0 1 2k 3 C A0 C A0 C Af ,b 2 (1 k ) 4 C A0 k C A0 C Af ,c C Af ,d e 1 k 5.44 C A0 2 k C Af ,e C Af , f C A0 e 7 .4
1）热稳定性和参数灵敏性的概念
如果一个反应器是在某一平衡状态下设计并进行操作的 ，就传热而言，反应器处于热平衡状态，即反应的放热速率 应该等于移热速率。只要这个平衡不被破坏，反应器内各处 温度将不随时间而变化，处于定态。
但是，实际上各有关参数不可能严格保持在给定值，总 会有各种偶然的原因而引起扰动。扰动表示为流量、进口温 度、冷却介质温度等有关参数的变动。如果某个短暂的扰动 使反应器内的温度产生微小的变化，产生两种情况： 一是反应温度会自动返回原来的平衡状态，此时称该反 应器是热稳定的，或是有自衡能力； 另一种是该温度将继续上升直到另一个平衡状态为止， 则称此反应器是不稳定的，或无自衡能力。
化学反应工程第九章气液固三相反应工程资料
具有导流筒的三相环流反应器。
工业悬浮床反应器优点
由于存液量大，热容量大，并且悬浮床与传热元件之 间的给热系数远大于固定床，容易回收反应热量及调 节床层温度。
对于强放热多重反应可抑制其超温和提高选择率。 三相悬浮床反应器可以使用含有高浓度反应物的原料
气，并且仍然控制在等温下操作，这在固定床气-固 相催化反应器中由于温升太大而不可能进行。 三相悬浮床反应器使用细颗粒催化剂，可以消除内扩 散的影响。
例如，对于轻循环油加氢过程，当原料油含氮
（质量分数）分别为0.04%，0.1%及0.16%时， 反 应 温 度 分 别 为 355 ～ 365℃ ， 385 ～ 395℃ 及 430～435℃。
氢油比
加氢裂化过程中热效应较大，氢耗量相应较 大，一般采用较高的氢油比，即含氢气体在STP 状态下的体积流量（m3/h）与20℃原料油体积流 量（m3/h）之比为1000～2000。
催化剂颗粒较易磨损，但磨损程度低于气-固相流化床； 气相呈一定程度的返混，影响了反应器中的总体速率。
实例
煤或天然气制合成气主要含CO和H2，经费-托合成反 应，再经加氢或异构化反应，制成汽油、柴油、石蜡等 产品是原料油制燃料油以外另一个主要的燃料油生产路 线，又称间接液化。费托合成一般选择压力0.5～3.0MPa， 反应温度200～350℃，决定于所使用催化剂的性质。
可以在不停止操作的情况下更换催化剂； 催化剂不会象固定床中那样产生烧结。
鼓泡淤浆床反应器有下列缺点：
要求所使用的液体为惰性，不与其中某一反应物发生任
何化学反应，在操作状态下呈液态，蒸汽压低且热稳定 性好，不易分解，并且不含对催化剂有毒物质。但三相 床中进行氧化反应时，耐氧化的惰性液相热载体的筛选 是一个难点；
工业悬浮床反应器优点
由于存液量大，热容量大，并且悬浮床与传热元件之 间的给热系数远大于固定床，容易回收反应热量及调 节床层温度。
对于强放热多重反应可抑制其超温和提高选择率。 三相悬浮床反应器可以使用含有高浓度反应物的原料
气，并且仍然控制在等温下操作，这在固定床气-固 相催化反应器中由于温升太大而不可能进行。 三相悬浮床反应器使用细颗粒催化剂，可以消除内扩 散的影响。
例如，对于轻循环油加氢过程，当原料油含氮
（质量分数）分别为0.04%，0.1%及0.16%时， 反 应 温 度 分 别 为 355 ～ 365℃ ， 385 ～ 395℃ 及 430～435℃。
氢油比
加氢裂化过程中热效应较大，氢耗量相应较 大，一般采用较高的氢油比，即含氢气体在STP 状态下的体积流量（m3/h）与20℃原料油体积流 量（m3/h）之比为1000～2000。
催化剂颗粒较易磨损，但磨损程度低于气-固相流化床； 气相呈一定程度的返混，影响了反应器中的总体速率。
实例
煤或天然气制合成气主要含CO和H2，经费-托合成反 应，再经加氢或异构化反应，制成汽油、柴油、石蜡等 产品是原料油制燃料油以外另一个主要的燃料油生产路 线，又称间接液化。费托合成一般选择压力0.5～3.0MPa， 反应温度200～350℃，决定于所使用催化剂的性质。
可以在不停止操作的情况下更换催化剂； 催化剂不会象固定床中那样产生烧结。
鼓泡淤浆床反应器有下列缺点：
要求所使用的液体为惰性，不与其中某一反应物发生任
何化学反应，在操作状态下呈液态，蒸汽压低且热稳定 性好，不易分解，并且不含对催化剂有毒物质。但三相 床中进行氧化反应时，耐氧化的惰性液相热载体的筛选 是一个难点；
化学物质热稳定性评价PPT课件
＞800 400-800 100-400 ＜100
表征热稳定性的参数
2 热稳定性的表征
失控反应可能性的评估准则
简化的三等级
扩展的六等级
最大温升速率时间(h)
高的（high）
频繁发生的（frequent）
＜1
很可能发生的（probable）
1-8
中的（medium）
偶尔发生的（occasional）
表征热稳定性的参数
2 热稳定性的表征
简化的三等级
失控反应严重度的评估准则
扩展的四等级
绝热温升(K)
反应热(J/g)
Байду номын сангаас
高的（high）
中等的（medium ）
低的（low）
灾难性的（ catastrophic）
危险的（critical ）
中等的（medium ）
可忽略的（ negligible）
＞400 200-400 50-200 ＜50且无压力
表征热稳定性的参数
（1）生成热（ △H f） （2）反应热（△Hr） （3）绝热初始放热温度（T0） （4）绝热温升（ △ Tad） （5）反应速率（k） （6）表观反应活化能（Ea） （7）绝热最大温升速率时间（TMRad） （8）不可逆温度（TNR） （9）自加速分解温度（SADT）
2 热稳定性的表征
怎样估算
3 热稳定性的评价方法
❖ （1）氧平衡
氧平衡表示反应物分子中的氧化元素用来完全氧化本身所 含可燃元素为完全氧化产物时所剩余或不足的氧化元素量。对 于组成CaHbOcNd的反应物，有
式中M为反应物相对分子质量 正氧平衡 c-(2a+b/2) ＞0 零氧平衡 c-(2a+b/2) ＝ 0 负氧平衡 c-(2a+b/2) ＜ 0
最新化学反应工程原理——热量传递与反应器的热稳定性
参数灵敏性和热稳定性是两个不同的概念。
9
9.2 催化剂颗粒的热稳定性
10
9.2.1 催化剂颗粒的定态温度
反应放热速率
Qg (H r ) RVp
T低时，过程为反应控制
n b
Qg (H r )kC Vp
T高时，过程为扩散控制
Qg (Hr )kg aCbVp
放热速率是一条S形曲线
Pr ( ) 1 Sc
TM Tad
30
9.3 连续搅拌釜式反应器的 热稳定性
9.3.1 全混釜的热平衡条件
31
A.一级不可逆放热反应
对组分A作物料衡算：
vCA0 vCAf VRkCAf
C A0 C Af 1 k
32
反应过程的放热速率：
Qg (H )kCAf VR
当Tc，热稳定 当Tc，TcTc3， c3a3，热不稳定
Tc下降受到热稳定性限制
42
Tc下降的最大极限：
dQg
dQr dT dT
Qr (UA vcp)(T Tc )
Qg (H )kCAf VR
43
CSTR最大允许温差：
Tmax (T Tc )max RT 2 CA0 E CAf
反应器恢复到原来的热平衡状态
反应器热稳定
反应器不能恢复到原来的热平衡状态
反应器热不稳定
平衡有两种：
稳定的平衡、不稳定的平衡
5
反应器的稳定对反应器操作有极为重要
如果反应器是稳定的，扰动消失后它能自动 返回原来的平衡状态，也无需对温度进行专 门的调节。 如果反应器是不稳定的，则必需增设附加的 调节装置使它回到原来的平衡状态，否则它 将自动地愈离愈远而无法正常操作。
20160616化学反应工程知识点
20160616化学反应工程知识点D间的变化率。
其数学表达式为dtd V r ξ1=。
3、对于反应D C B A 432+=+，反应物A 的消耗速率表达式为dt dn V r A A 1-=-；反应产物C 的生成速率表达式为：dtdn V r C C 1= 4.反应动力学方程：定量描述反应速率与影响反应速率之间的关系式称为反应动力学方程。
大量的实验表明，均相反应的速率是反应物系的组成、温度和压力的函数。
5.阿累尼乌斯关系式为RT E C C e k k -=0，其中活化能反应了反应速率对温度变化的敏感程度。
6、半衰期：是指转化率从0变为50%所需时间为该反应的半衰期。
7、反应器的开发大致有下述三个任务：①根据化学反应动力学特性来选择合适的反应器型式；②结合动力学和反应器两方面特性来确定操作方式和优化操条件；③根据给定的产量对反应装置进行设计计算，确定反应器的几何尺寸并进行评价。
8.在停留时间相同的物料之间的均匀化过程，称之为简单混合。
而停留时间不同的物料之间的均匀化过程，称之为返混。
9.根据返混情况不同反应器被分为以下类型：间歇反应器、理想置换反应器（又称平推流反应器或活塞流反应器）、全混流反应器（又称为连续操作的充分搅拌槽式反应器）。
10.反应器设计计算所涉及的基础方程式就是动力学方程式、物料衡算方程式和热量衡算方程式，其中物料衡算所针对的具体体系称为体积元。
11、停留时间又称接触时间，用于连续流动反应器，指流体微元从反应器入口到出口经历的时间。
在反应器中，由于流动状况的不同，物料微元从反应器入口到出口所经历的时间可能是各不相同的，存在一个分布，称停留时间分布。
各流体微元从反应器入口到出口所经历的平均停留时间称为平均停留时间。
12.空间时间是指反应器有效容积与流体特征体积流率之比值。
13.理想置换反应器（平推流反应器）是指通过反应器的物料沿同一方向以相同速度向前流动，向活塞一样在反应器中向前平推，故又称为活塞流或平推流反应器。
9反应器的热稳定性和参数灵敏性
9反应器的热稳定性和参数灵敏性在化工领域中，反应器的热稳定性和参数灵敏性是非常重要的两个方面。
热稳定性指的是反应器在承受不同温度条件时的安全性和稳定性，而参数灵敏性则是指反应器不同参数变化对反应速率和产物选择性的影响程度。
首先，反应器的热稳定性非常关键。
由于化学反应过程中伴随着化学能量的变化，反应器在吸热或放热的过程中会产生热量。
如果反应器无法有效地排放这些热量，就会导致反应器温度升高，进而引发剧烈反应，甚至发生事故。
因此，反应器设计中必须考虑热稳定性，以确保反应过程的安全性和稳定性。
要提高反应器的热稳定性，可以采取多种措施。
一方面，可以通过增加反应器的冷却面积和提高冷却介质的流速来提高散热效率。
另一方面，还可以采用改进的反应器结构，如内部换热管或换热板，以增加热量的传递面积。
此外，还可以利用高效的混合设备和均匀温度分布来减少热点的产生。
另一个重要的方面是反应器的参数灵敏性。
反应器的参数包括温度、压力、物料配比、催化剂浓度等。
不同参数的变化会对反应速率和产物选择性产生影响。
因此，在反应器设计过程中，需要对这些参数进行分析和优化，以获得期望的反应结果。
参数灵敏性分析是通过对反应器数学模型进行求解和灵敏度分析来实现的。
数学模型可以描述反应物质在反应器中的转化过程，而灵敏度分析可以计算不同参数变化对反应速率和产物选择性的影响程度。
通过这种分析，可以确定对反应结果影响最大的参数，并对其进行优化。
此外，对于反应器参数的优化，还可以利用反应器的实时监测和控制。
通过在反应器中安装传感器和自动控制系统，可以实时监测反应物质的浓度、温度等变化，并进行反馈控制。
这样可以在反应过程中及时调整参数，使反应器始终处于最佳工作状态，从而提高反应效率和产物选择性。
总结起来，反应器的热稳定性和参数灵敏性是化工领域中非常重要的两个方面。
通过合理的反应器设计和参数优化，可以提高反应器的热稳定性，确保反应过程的安全性和稳定性。
同时，通过参数灵敏性分析和实时监测控制，可以优化反应器的工作参数，提高反应效率和产物选择性。
第九章反应器的热稳定性与参数灵敏性
2
全混流反应器的热稳定性
• 由于全混流反应器参数均一，计算简 单，以此为例讨论反应器的热稳定性。
在定常态下以整个反应器进行热量衡算： ⎡物流携⎤ ⎡物流携 ⎤ ⎡反应器与环⎤ ⎡反应器内反 ⎤ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎡积累量⎤ ⎥ ⎢入热量⎥ − ⎢出热量 ⎥ − ⎢境的热交换⎥ + ⎢应的热效应 ⎥ = ⎢0 ⎦ ⎢V0 ρcpT1 ⎥ ⎢V0 ρcpT2 ⎥ ⎢ KA(T2 − TW ) ⎥ ⎢(− rA )(− ΔH r )VR ⎥ ⎣ ⎦ ⎦ ⎣ ⎦ ⎣ ⎣ ⎦ ⎣ 整理得： V0 ρcp (T1－T2 ) − KA(T2 − TW ) + (− rA )(− ΔH r )VR = 0
⎛ −E ⎞ ⎜ ⎟ ⎝ RT ⎠
1 + k0 e
⎛ VR ⎜ ⎛ −E ⎞ ⎜ ⎟ V ⎜ ⎝ RT ⎠ ⎝ 0
⎞ ⎟ ⎟ ⎠
(− ΔH r )
1 + k0e
⎛ −E ⎞ ⎜ ⎟ ⎝ RT ⎠
如果是放热反应，上式左侧为移热，右侧为产热。
6
左侧：移热速率：qr = V0 ρcp (T2－T1 ) + KA(T2 − TW ) qr = (V0 ρcp + KA)T2 + (V0 ρcpT1 − KATW ) VR cA0 k0 e
⎛ −E ⎞ (− RA ) = ηf (cAS )k0 exp⎜ ⎟ ⎜RT⎟ ⎝ g ⎠ Let : ⎛ −E R2E (1 − ε B )(− ΔH )ηf (cAS )k0 exp⎜ δ= 2 ⎜RT RgTw λr ⎝ g w
16
⎞ ⎟ ⎟ ⎠
⎛ −E ⎞ ⎟ exp⎜ ⎜RT⎟ d 2θ 1 dθ ⎝ g ⎠ = δ exp⎛ − E + E ⎜ + =δ 2 ⎜RT RT dz z dz ⎛ −E ⎞ g w ⎝ g ⎜ ⎟ exp ⎜RT ⎟ ⎝ g w⎠ ⎛ − E ⎛ 1 1 ⎞⎞ d 2θ 1 dθ ⎜ − ⎟⎟ + = δ exp⎜ ⎜ R ⎜ T T ⎟⎟ dz 2 z dz w ⎠⎠ ⎝ g ⎝ ⎛ − E ⎛ Tw − T ⎞ ⎞ d 2θ 1 dθ ⎜ ⎟⎟ + = δ exp⎜ 2 ⎜ R ⎜ TT ⎟ ⎟ z dz dz w ⎠⎠ ⎝ g ⎝
全混流反应器的热稳定性
• 由于全混流反应器参数均一，计算简 单，以此为例讨论反应器的热稳定性。
在定常态下以整个反应器进行热量衡算： ⎡物流携⎤ ⎡物流携 ⎤ ⎡反应器与环⎤ ⎡反应器内反 ⎤ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎡积累量⎤ ⎥ ⎢入热量⎥ − ⎢出热量 ⎥ − ⎢境的热交换⎥ + ⎢应的热效应 ⎥ = ⎢0 ⎦ ⎢V0 ρcpT1 ⎥ ⎢V0 ρcpT2 ⎥ ⎢ KA(T2 − TW ) ⎥ ⎢(− rA )(− ΔH r )VR ⎥ ⎣ ⎦ ⎦ ⎣ ⎦ ⎣ ⎣ ⎦ ⎣ 整理得： V0 ρcp (T1－T2 ) − KA(T2 − TW ) + (− rA )(− ΔH r )VR = 0
⎛ −E ⎞ ⎜ ⎟ ⎝ RT ⎠
1 + k0 e
⎛ VR ⎜ ⎛ −E ⎞ ⎜ ⎟ V ⎜ ⎝ RT ⎠ ⎝ 0
⎞ ⎟ ⎟ ⎠
(− ΔH r )
1 + k0e
⎛ −E ⎞ ⎜ ⎟ ⎝ RT ⎠
如果是放热反应，上式左侧为移热，右侧为产热。
6
左侧：移热速率：qr = V0 ρcp (T2－T1 ) + KA(T2 − TW ) qr = (V0 ρcp + KA)T2 + (V0 ρcpT1 − KATW ) VR cA0 k0 e
⎛ −E ⎞ (− RA ) = ηf (cAS )k0 exp⎜ ⎟ ⎜RT⎟ ⎝ g ⎠ Let : ⎛ −E R2E (1 − ε B )(− ΔH )ηf (cAS )k0 exp⎜ δ= 2 ⎜RT RgTw λr ⎝ g w
16
⎞ ⎟ ⎟ ⎠
⎛ −E ⎞ ⎟ exp⎜ ⎜RT⎟ d 2θ 1 dθ ⎝ g ⎠ = δ exp⎛ − E + E ⎜ + =δ 2 ⎜RT RT dz z dz ⎛ −E ⎞ g w ⎝ g ⎜ ⎟ exp ⎜RT ⎟ ⎝ g w⎠ ⎛ − E ⎛ 1 1 ⎞⎞ d 2θ 1 dθ ⎜ − ⎟⎟ + = δ exp⎜ ⎜ R ⎜ T T ⎟⎟ dz 2 z dz w ⎠⎠ ⎝ g ⎝ ⎛ − E ⎛ Tw − T ⎞ ⎞ d 2θ 1 dθ ⎜ ⎟⎟ + = δ exp⎜ 2 ⎜ R ⎜ TT ⎟ ⎟ z dz dz w ⎠⎠ ⎝ g ⎝
全混流反应器的热稳定性
全混流反应器的热稳定性
全混流反应器热稳定 性的定态分析
反应器的物料衡算和 热量衡算 以一级不可逆反应为 例 反应过程达到定态的 必要条件是移热量等 于方热量
v c v c Vkc 0 T A 0 T A A
UA ( H ) R ( T T ) ( T T ) k c 0 c A v c v c T p T p
dQ dQ g r dT dT s s
dQ r Q r Q r s T dT s dQ g Q g Q g s dT T s
全混流反应器的热稳定性
进口温度变化时操作状态的变化
增大UAR，同时提高Tc，使直线和曲线只存在一个交点
dQ g UA R dT max
提高或降低Tc，使之避开图中虚线所示的多态区,操作在 高温区或低温区，缺乏对反应温度的选择余地。
在工业实际中，为了能有效地控制反应温度，通常采 用较大的传热面积和较高的冷却介质温度
全混流反应器的热稳定性
全混流反应器的热稳定性
• 热稳定性的基本概念
• 反应器的热稳定性是放热反应系统所特有的一种行为， 其起因是反应过程的非线性性质，具体表现在反应速率 对反应温度的非线性依赖关系。 • 在反应器中进行一放热反应时，反应器要求保持定常态， 就必须不断移走反应放出的热量。 • 移走热量一般通过两种途径：
全混流反应器的热稳定性
进料流量一定时不同进料温度 或冷却介质温度下的移热线
Q T T N T T 1 N T T NT r 0 c 0 c
全混流反应器的热稳定性
维持全混流反应器热稳定性的操作条件讨论
、9rA 9xA
代入式
(15)
得
M
= 2. 29 ,由式 (16) 可计算得
TC2 , min = 322 K ,由式 (17) 可得 △T max = 15. 3 K ,相应的最小传热面积 A min = 19. 5 m 2 。
若设计选定冷却介质的出口温度 TC2 = 324 K , 此时传热温差 △T = 13. 2 , 在此给定条件下将有关物性 参数和操作变量代入式 (20) 、(21) 、(22) 得 α= - 23. 94 ,β= - 6. 122 ,γ= 2. 49 , 将 α、β、γ代入式 (19) 得停 留时间的极限条件为 :τmin = 0. 22 h 。即停留时间至少应为 0. 22 h 才能满足热稳定性的要求 。
xA
=
k 1τ 1 + kτ
反应选择率为 :
SR =
CR CA 0 -
CR0 CA
·| ννAR
|
=
1
1 + k2τ
SS =
CS CA 0 -
CS0 CA
·| ννAS
|
=
1
k 2τ + k2τ
将表 1 中物性参数和操作变量代入式 (4) 、(6) 、(23) 得 λ= 1. 333 ×10 - 3 ( K - 1) ,τ= 0. 47 ( h) ,
文献[3 ]在《氯苯生产反应器设计》实例中指出 ,氯苯生产是在三个串联操作的全混流反应器中进行 , 其 化学方程式为 :
k1
C6 H6 ( A ) + Cl2
C6 H5 Cl ( R) + HCl
( A )
k2
C6 H5 Cl ( R) + Cl2
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将式（9.3-4）带入热平衡方程，且将反应物浓度近似看成 常数，可得积分解：
RT02 E
(1
e
)
Tab
k(T0 ) f (cA ) c A0
(1 B
)L
对T0求导得：
2RT0 (1 e ) e [ d(T ) 2 (T )] (1 e )
T TW
RTW2 E
令
Edt2 k0 4RTW2 r
f
(c AS
)
exp(
E RTW
)(H
r
)(1
B
)
则式（9.2-2）可化简为：
（9.2-4）
d 2 dZ 2
1 Z
d dZ
exp[
E R
(TW T )] TTW
（9.2-5）
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若作近似处理：TW T TW T
E
dT0
T0
由于
E 2
RT0
T随T0的变化曲线是GAFBDE
T
DE
进料T0 温度变化路径 特殊点 特点
从G点 升温
从E点 降温
GAFDE EDBAG
着火点F F点T陡升 熄火点B B点T陡降
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B
F
GA
T0
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注意：
当进料温度在TA~ TD范围内时， 产生放热反应多定态现象（吸热反应 只有一个定态）。
xp
E RT0
(1
T T0
)
exp
E RT0
exp
E RT02
T
若令 E T为灵敏性指数，可得：
RT02
T 0
T0
T
1
1
T0
1 1
1 T T0
又1 T 1 T0
1
T
1
1 T
T0
T0
k
k0
exp
E RT0
exp(
)
k (T0
)
exp(
)
9.3-4
9.1.2 全混流反应器的定态
对于一级不可逆放热反应，式（9.1-2）可以分为移热速 率和放热速率两部分：
移热速率： qr V0 c p (T T0 ) KA(T TC ) 放热速率： qg (rA )(H r )VR
（9.1-3） （9.1-4）
物料衡算式为： FA0 x Af VR (rA )
在F点附近操作时，很容易产生 超温现象，造成烧毁催化剂，或燃烧 爆炸等事故现象。
在B点附近操作时，很容易产生 迅速降温现象，造成反应终止。
T
B
GA
TA
E D
F
T0 TD
其它参数的改变，也可能造成定态操作点的改变， 如：换热介质温度、进料流量的改变。
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9.2 管式反应器的热稳定性
TTW
TW2
可得：
d 2 1 d exp[ ]
dZ 2 Z dZ
边值条件为：Z 0 Z 1
d 0
dZ
0
（9.2-6）
微分方程（9.2-6）在δ>2.0时得不到有限解，这表明在 δ>2.0时，反应器的操作是不稳定的。
！！，管式反应器热稳定性的条件是： δ≤2.0
（9.2-7）
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q
qr qg
N
P
M T
图9-1 全混流反应器的定态操作温度
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？稳定性：指反应器操作过程中受到 外界干扰后的自衡能力。
q
qr qg
N
1、点M、P、N自衡能力分析
M、P、N点共同特性
qr qg
P M
T
操作点
热扰动
T升高
T降低
？热稳定性
M
qr > qg，T降低， qr <qg，T升高，
甚至“飞 温”
甚至“飞 温”
甚至“飞 温”
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cA1> cA2> cA3> cA4> cA5> cA6
T
cA1
cA2
cA3
T1> T2> T3> T4> T5> T6
T
T1
T2
T3
cA4 cA5 cA6
轴向长度
a 浓度对轴向温度分布的影响
T4 T5 T6
所以，热量衡算式为：
（9.1-1）
T0、T、TC—分别为反应器 进口、出口及冷却介质温 度，K;
ρ—物料平均密度，kg/m3;
K—总传热系数，J/m2.K;
V0 c p (T T0 ) (rA )(H r )VR KA(TC T )
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（9.1-2）
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稳定的定态：反应器本身的热稳定性良好，外部干扰不 会造成系统操作状况大的变化，一旦干扰除去，反应又 恢复到原来的定常态下操作。
不稳定的定态：微小的干扰，足以使反应器的操作状态 偏离原来的定态 ，即使干扰消除，系统也不能恢复到 原来的状态。
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9.1 全混流反应器的热稳定性
Q
2
（9.2-10） （9.2-11）
公式（9.2-9）和（9.2-11）是管式反应器热稳定性条件限制 的最大径向温差和最大床层直径。
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这也解释了反应器设计控制的条件。
对于一些（－△Hr）和大的放热反应，放热强度Q大，及 时取出反应热极为重要。然而这类反应器往往用温度较高的 热载体作为冷却介质。实际上，这是由（T-Tw)max所确定的。
1.37
R TW2 E
（9.2-9）
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管式反应器允许最大管直径可由： δ=2.0求得。
令 Q (H r )(1 B )(RA )
Q是单位床层体积内放出的热量，称为放热强度。
Edt2,max Q
4RTW2 r
2
1
故
dt,max
RTW2 E
8r
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9.2.2 管式反应器的允许最大温度差和允许管径
管式反应器的热稳定条件是： δ≤2.0
当 δ=2.0时，方程的解为：θmax=1.37
（9.2-8）
因为 T TW
R TW2
E
所以 (T TW ) max 1.37 R TW2
E
最大允许误差为： (T
TW
) m ax
1、反应器入口处反应物浓度的影响
cA0高 （-RA）快 放热>移热
可能出现“热点”温 度（如图9-3所示）
2、反应器入口处反应物浓度的影响
T↗
（-RA）快 放热>移热
可能出现“热点”温 度（如图9-3所示）
3、反应器换热介质温度的影响
TW↗ 放热>移热 （-RA）快
可能出现“热点”温 度（如图9-3所示）
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9.3.2 反应器参数的灵敏性
？反应器参数的灵敏性！
反应系统
某参数微 小变化
其它参数 重大变化
例如：非等温非绝热固定床反应器，当冷却剂温度稍微提高， 即造成床层热点温度有很大的提高。
9.3.2.1 绝热式反应器的参数灵敏性
由于绝热式固定床的“返混”很小，且与壁面之间无热量传 递，因此可忽略径向的温度差。
1 r
T r
]
(rA )(1 B )(H r )
边值条件为：r 0 r dt 2
dT 0 dr T TW
（9.2-2）
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若动力学方程为：
(RA
)
f
(c
AS
)k0
exp(
E RT
)
并将式中变量改用无因次量表示：
（9.2-3）
Z r dt 2
dZ dr dt 2
由式（9.2-11）可知，催化剂活性大，放热强度Q大，要 求床层直径减小，通常床层直径不小于20mm，因此，过大 催化剂活性不仅没有好处，反而有害。
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9.2.3 管式反应器的热点
反应器轴向分布规律？？？
根据一维拟均相理想流动模型，反应器的热平衡方程为：
轴向长度
b 温度对轴向温度分布的影响
图9-3 管式反应器轴向温度分布
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9.3 反应器参数的敏感性
9.3.1 反应器的安全性
！！！每个反应器的设计师和每个化工厂的操作人员都极为 关心反应器的安全性。
催化反应器发生事故可能由各种原因，常见的有以下几种：
1. 机械式上造成的缺陷； 2. 催化剂再生时温度过高超过额定值； 3. 再生式催化剂破碎； 4. 有危险的反应发生； 5. 过程控制问题。
石油化学工程系
化学工程与工艺教研室
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9.2.1 径向传热管式反应器的热量衡算
根据二维拟均相模型：
r
[
2T r 2
1 r
T r
] L
2T L2