反应器的热稳定性和参数灵敏性资料
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dT dqg dT
随着操作条件的改变，定态温度也将改变。 定态温度突然升高的点，称 为着火点； 定态温度出现突降的点，称 为熄火点。 着火与熄火现象对于反应 器操作很重要，特别是开 停工的时候。
定态点数目的多少，取决于化学反应的特征和 反应器的操作条件，如进料温度和流量，反应 器与环境的换热情况等。 只有放热反应才会出现多定态现象，而吸热反 应的定态总是唯一的。
3、再生时催化剂破碎
再生方法可能影响催化剂强度，使催化剂床层中出现粉尘。
在随后的操作中，粉尘对于某些未知的放热副反应 会起催化作用，致使发生剧烈温升，有时甚至导致 反应器发生事故。
操作方法： 改进再生的方法来预防粉尘的生成； 每次再生后将催化剂筛一下，将粉尘取出反应器。
全混流反应器和管式反应器的热稳定性。
第一节 全混流反应器的热稳定性
一、CSTR的热量衡算 过程焓变：
H V0 c pi (T T0 ) (H r )T0 (rA )VR
物系与环境交换的热量为： q UAh (TC T ) 热量衡算式：
V0 c pi (T T0 ) (H r )T0 (rA )VR UAh (TC T )
在前几章中讨论过，反应速率随温度呈非线性函数， 而传热速率随温度呈线性关系。 因此，进料组成或温度的任何波动，都可能引起反应 放热与所排出的热量不相适应的情况，从而引起反应 器内操作状态的变化。
外部干扰可能使反应器出现以下两种情况：
A、稳定定态 反应器本身热稳定性良好，外部干扰不会引起系统操 作状况大的变化，反应仍可在接近最佳状态下运行。 一旦干扰排除，则马上又恢复到原定常态下运行。
第二节 管式反应器的热稳定性（自学）
流体在管式反应器内作非理想流动，由于逆向扩散， 产生返混现象。 当轴向扩散系数很大时，反应器接近全混流反应器， 有可能存在多重定态和热稳定性问题。 本节只讨论轴向返混很小的管式反应器热稳定性问题。
对于返混很小的管式反应器，当局部受到干扰时，必然 会引起相应的温度变化，该温度变化将会影响反应器下 游的工作状态，最终波及反应器出口。 由于返混很小，故该扰动对于反应器上游影响甚微；且 会向下游方向移动，最终到达出口排出，排除后，反应 器又恢复到原来由上游工况所决定的状态。
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？
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。
B、不稳定定态
微小干扰就足以使反应器操作状态偏离原定状态，即 使扰动消除，系统也不能恢复到原来状态。
CSTR内各参数均一，数学处理简单。 本章首先讨论CSTR的热稳定性，再讨论PFR的稳定 性及参数敏感性，并阐述热稳定性和参数灵敏性的 一些基本概念。
[学习目的]
了解热稳定性和反应器参数的灵敏性。
[重点与难点]
E (H r ) T0 k 0 exp( )c A0VR RT V0 c pi (T T0 ) UAh (T TC ) E 1 k 0 exp( ) RT
P
图解法：
N
M
qr qg
A B TN T D TP E
分别以 qr , qg 对T作图， 图中移热速率为一直线， 其斜率为：
V0 [c pi (T T0 ) (H r )T0 c A0 x A ] UAh (TC T )
二、全混流反应器的定态
定态下，CSTR的操作温度及要达到的转化率应满足 物料及热量衡算式。
E E 1级不可逆放热： rA k 0 exp(RT )c A k 0 exp( RT )c A0 (1 x A ) V0 x A VR E k 0 exp( )(1 x A ) RT E k 0 exp( ) RT xA E 1 k 0 exp( ) RT
Leabharlann Baidu
V0 c pt UAh
而放热速率为一S形曲线。
TM
三个定态点除了温度和转化率不同外，其稳定性 （反应器操作受到外来干扰后的自衡能力）也有差别。 例如，进料温度波动，会引起反应温度波动，从而使 反应器操作偏离原来的状态。当进料温度恢复正常后， 如果反应温度能恢复到原来的定态温度，则称为稳定 的定态点，如果不能，则称为不稳定的定态点。 在图中，对于稳定定态点M及P，有： 移热线斜率>放热线斜率，即： dqr 定态操作的必要条件
催化反应器发生事故的原因： 1、机械制造上的缺陷
例如，焊缝的焊接不良等 （焊接工人的失误或管理不善、检验不严等原因）。 这类事故往往没有先兆，但是可以避免的。
2、催化剂再生时温度过高，超过额定值 对于器内再生催化剂的反应器，应满足： 稳定过程及催化剂再生阶段的温度和压力 记录再生温度：保证及时发现温度过高，避免反应器 在壳体强度降低的情况下返回正常操作； 不在器内再生：即反应器的设计可以只满足稳态操 作过程即可。
E (H r ) T0 k 0 exp( )c A0VR RT V0 c pi (T T0 ) UAh (T TC ) E 1 k 0 exp( ) RT 左边：移热速率qr ：
使物料从温度T0升高到操作温度T所需的热量+ 冷却介质带走的热量
E (H r ) T0 k 0 exp( )c A0VR RT 右边：反应放热速率： q g E 1 k 0 exp( ) RT
随着操作条件的改变，定态温度也将改变。 定态温度突然升高的点，称 为着火点； 定态温度出现突降的点，称 为熄火点。 着火与熄火现象对于反应 器操作很重要，特别是开 停工的时候。
定态点数目的多少，取决于化学反应的特征和 反应器的操作条件，如进料温度和流量，反应 器与环境的换热情况等。 只有放热反应才会出现多定态现象，而吸热反 应的定态总是唯一的。
3、再生时催化剂破碎
再生方法可能影响催化剂强度，使催化剂床层中出现粉尘。
在随后的操作中，粉尘对于某些未知的放热副反应 会起催化作用，致使发生剧烈温升，有时甚至导致 反应器发生事故。
操作方法： 改进再生的方法来预防粉尘的生成； 每次再生后将催化剂筛一下，将粉尘取出反应器。
全混流反应器和管式反应器的热稳定性。
第一节 全混流反应器的热稳定性
一、CSTR的热量衡算 过程焓变：
H V0 c pi (T T0 ) (H r )T0 (rA )VR
物系与环境交换的热量为： q UAh (TC T ) 热量衡算式：
V0 c pi (T T0 ) (H r )T0 (rA )VR UAh (TC T )
在前几章中讨论过，反应速率随温度呈非线性函数， 而传热速率随温度呈线性关系。 因此，进料组成或温度的任何波动，都可能引起反应 放热与所排出的热量不相适应的情况，从而引起反应 器内操作状态的变化。
外部干扰可能使反应器出现以下两种情况：
A、稳定定态 反应器本身热稳定性良好，外部干扰不会引起系统操 作状况大的变化，反应仍可在接近最佳状态下运行。 一旦干扰排除，则马上又恢复到原定常态下运行。
第二节 管式反应器的热稳定性（自学）
流体在管式反应器内作非理想流动，由于逆向扩散， 产生返混现象。 当轴向扩散系数很大时，反应器接近全混流反应器， 有可能存在多重定态和热稳定性问题。 本节只讨论轴向返混很小的管式反应器热稳定性问题。
对于返混很小的管式反应器，当局部受到干扰时，必然 会引起相应的温度变化，该温度变化将会影响反应器下 游的工作状态，最终波及反应器出口。 由于返混很小，故该扰动对于反应器上游影响甚微；且 会向下游方向移动，最终到达出口排出，排除后，反应 器又恢复到原来由上游工况所决定的状态。
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？
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。
B、不稳定定态
微小干扰就足以使反应器操作状态偏离原定状态，即 使扰动消除，系统也不能恢复到原来状态。
CSTR内各参数均一，数学处理简单。 本章首先讨论CSTR的热稳定性，再讨论PFR的稳定 性及参数敏感性，并阐述热稳定性和参数灵敏性的 一些基本概念。
[学习目的]
了解热稳定性和反应器参数的灵敏性。
[重点与难点]
E (H r ) T0 k 0 exp( )c A0VR RT V0 c pi (T T0 ) UAh (T TC ) E 1 k 0 exp( ) RT
P
图解法：
N
M
qr qg
A B TN T D TP E
分别以 qr , qg 对T作图， 图中移热速率为一直线， 其斜率为：
V0 [c pi (T T0 ) (H r )T0 c A0 x A ] UAh (TC T )
二、全混流反应器的定态
定态下，CSTR的操作温度及要达到的转化率应满足 物料及热量衡算式。
E E 1级不可逆放热： rA k 0 exp(RT )c A k 0 exp( RT )c A0 (1 x A ) V0 x A VR E k 0 exp( )(1 x A ) RT E k 0 exp( ) RT xA E 1 k 0 exp( ) RT
Leabharlann Baidu
V0 c pt UAh
而放热速率为一S形曲线。
TM
三个定态点除了温度和转化率不同外，其稳定性 （反应器操作受到外来干扰后的自衡能力）也有差别。 例如，进料温度波动，会引起反应温度波动，从而使 反应器操作偏离原来的状态。当进料温度恢复正常后， 如果反应温度能恢复到原来的定态温度，则称为稳定 的定态点，如果不能，则称为不稳定的定态点。 在图中，对于稳定定态点M及P，有： 移热线斜率>放热线斜率，即： dqr 定态操作的必要条件
催化反应器发生事故的原因： 1、机械制造上的缺陷
例如，焊缝的焊接不良等 （焊接工人的失误或管理不善、检验不严等原因）。 这类事故往往没有先兆，但是可以避免的。
2、催化剂再生时温度过高，超过额定值 对于器内再生催化剂的反应器，应满足： 稳定过程及催化剂再生阶段的温度和压力 记录再生温度：保证及时发现温度过高，避免反应器 在壳体强度降低的情况下返回正常操作； 不在器内再生：即反应器的设计可以只满足稳态操 作过程即可。
E (H r ) T0 k 0 exp( )c A0VR RT V0 c pi (T T0 ) UAh (T TC ) E 1 k 0 exp( ) RT 左边：移热速率qr ：
使物料从温度T0升高到操作温度T所需的热量+ 冷却介质带走的热量
E (H r ) T0 k 0 exp( )c A0VR RT 右边：反应放热速率： q g E 1 k 0 exp( ) RT