化学反应工程教案19(化工13)-胡江良

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1、化学反应工程课程教案课次19课时2课型（请打V）理论课V讨论课口实验课口习题课口其他口授课题目（教学章、节或主题）：第9章反应器的热稳定性和参数灵敏性9」全混流反应器的热稳定性9.2管式反应器的热稳定性教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：：1.全混流和管式反应热量衡算式；2.全混流热稳定点条件、管式反应器允许的最大温度差及允许管径；教学重点及难点：重点：全混流反应器的定态。难点：径向传热管式反应器的热量衡算方程。教学基本内容方法及手段9.1全混济连续流动反应器一般;流最、浓度、温度等随时者本章讨论一旦某些操彳件下操作；这些参数的变训9.1.1全

2、混流反应器的由于全混流反应器参7定性在定常态下以整个犬「物流啤「物流携

3、入热量_出热量-整理得：%広的一石）一巩石一丫反应器的热稳定性庆定常态设计，但反应器的操作并不总是稳定的。E在发生着变化。E参数发生变化，反应器是否还能在接近设计条S,是否影响了反应器的安全运行。热量衡算数均一，计算简单，以此为例讨论反应器的热稳2蠶进行热量衡算：「反应器与环「反应器内反［一中e积累m境的热交按十应的热效应=_kAt2-t^［（一讥―旳）《」L°」瓦）+（-讥-旳）《=0讲解III0II全混流反应器基本方程:%—“Af—"aiF»0-rAf当进口物流不含产物时，xA

4、1=0_r_Fro%Af_匕）。0心匚代入热量衡算方程，得:V“Cp（T-T2）-KA（T2-Tw）+VocAOxAf（-AWr）=OVo（pc,（T-T2）4-caoxAf（-A/7r））=KA（T2-Tw）1）、一级不可逆放热反应：-ECAoO_Xa）RT-rA=kCA=辰Ao（l-无）=心A"代入全混流反应器基本方程且考虑xA1=0：幷严*丿乱）-ERT，（甫IVo>k爲）将耳=1+k{}e代入%pcp（T-T2）-KA（T2一兀）+瓯。％（-AWr）=0并移项整理：V.pcp（T-T、）+7C4（T2-Tw）=人'（"M）-ERT1+3鬧如果是放

5、热反应，上式左侧为移热，右侧为产热。左狈卜移热速率：qT=V.pcp（T-T}）+KA（T2-Tw）乞=+KA尢+-KAT為Vck-E凹1+心篇以操作温度右为横坐标，分别对％和竹作图:移热速率为一直线，放热速率非线性关系。RT—ERT右侧：产热速率：佈-VR"。心"I全混流反应器的定态操作温度只有两条曲线的交点才满足方程。（即左侧右侧相等）两条曲线交于N、P、M三点。2）、分别讨论：M点：产热速率和移热速率都低P点：产热速率和移热速率中等N点：产热速率和移热速率都成稳定性问题：体系受到扰动后自行恢复的能力。如果一个操作点在受到扰动后能自行恢复，称为稳定操

6、作点。否则称为不稳定操作点。N点：当某一随机因素使温度升高到応此时，移热速率大于产热速率,温度将下降；若温度降低至TD,此吋，产热速率大于移热速率，温度将上升，最后稳定在0。因此，N点是稳定操作点。同理，M点也是稳定操作点。而P点正相反，温度升高吋，产热速率大于移热速率，温度下降吋，移热速率人于产热速率，受到扰动时，温度或者上升到N点，或者下降到M点，因此，P点不是稳定操作点。从数学上看，NM和P点的区别为：NM点:而P点如＜也^dtAtdrdt因此，単〉鉴为稳定操作点的必要条件。•进料温度与反应器操作温度的关系•进料温度在％与％之间，存在两个稳定操作点

7、。全混流反应爲药苕火点和炖火点9.2管式反应器的稳定性与参数灵敏性•热稳定性：•返混很小的管式反应器，任何一个局部发生扰动，必然引起局部的温度变化，而温度变化只会影响反应器的下游，不会影响到反应器的上游。•有良好壁而传热的管式反应器主要的传热方向是径向，轴向传热可以忽略。稳定性问题是由径向温度分布所引起。通过拟均相二维模型讨论：.(a2r1.d2rdr(DV1y叫沪+再严丽一必矿EXlf)(-AH)•仅考虑径向热量传递吋可以简化为：彳薯+丄芋卜(-讥-£b)(-M)Idr-rdr丿•边界条件：r=0—=0r=RT=TWdr•推导目的：通过上式求出管式反M

8、器热稳定性条件和最人管径Let:z=idTdTd^dOEdT_R代d&drREdzd2T_Rgd'&d2T_R嵐d20drd&d厂dr=RdzdT_RJ;dOdrEdrdr2Edr2dr2R2Edz2•将以上结果代入到简化了的方程中去:色」啓学=（_心）（1_务）（一△//）百+花REdzd26>1d&R2E拐笃花匚可x—（一心）二"（c、as）心expr2FLet：S=»丹20-环)(一)〃(CasWoexP-EV；exp-+=5;dz"zdz(exp(1201d0/、—E-E、=Sexp/、-EE+RJW)・/Sayndz2■zdz"P-E(1

9、1、T~T,兽+丄gpdz~zdzR八-E（T、、-T近似认为：77；=瓷d20