化学反应工程教案19(化工13)-胡江良

1化学反应工程课程教案课次19课时2课型（请打√）理论课√讨论课□实验课□习题课□其他□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9.1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全混流反应器的热稳定性连续流动反应器一般按定常态设计，但反应器的操作并不总是稳定的。流量、浓度、温度等随时都在发生着变化。本章讨论一旦某些操作参数发生变化，反应器是否还能在接近设计条件下操作；这些参数的变化，是否影响了反应器的安全运行。9.1.1全混流反应器的热量衡算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讲解00RrAW221p0RrAW22p01p0VHrTTKATTcVVHrTTKATcVTcV－整理得：积累量应的热效应反应器内反境的热交换反应器与环出热量物流携入热量物流携器进行热量衡算：在定常态下以整个反应21）、一级不可逆放热反应：W2rAfA021p0rAf0A0W221p0RAf0A0RAfA0Af1AAf1AAf0AR00TTKAHxcTTcVHxcVTTKATTcVVxcVVxFrxrxxFV－－：代入热量衡算方程，得，当进口物流不含产物时：全混流反应器基本方程RTERTERTERTERTEekVVekVVxxekxVVxcekVxcVxxcekxkckcr00R00RAA0A0RAA00RAA001AA0A0A0AAA111011：方程且考虑代入全混流反应器基本热。左侧为移热，右侧为产如果是放热反应，上式－并移项整理：－代入将RTERTERTERTEekHekcVTTKATTcVHxcVTTKATTcVVVekekx0r0A0RW212p0rAfA00W221p00R00A101热速率非线性关系。移热速率为一直线，放作图：和为横坐标，分别对以操作温度右侧：产热速率：－左侧：移热速率：gr20r0A0RgW1p02p0r212p0r1qqTekHekcVqKATTcVTKAcVqTTKATTcVqRTERTEW3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高稳定性问题：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TE，此时，移热速率大于产热速率，温度将下降；若温度降低至TD，此时，产热速率大于移热速率，温度将上升，最后稳定在TN。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，温度升高时，产热速率大于移热速率，温度下降时，移热速率大于产热速率，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：件。为稳定操作点的必要条因此，点而点：tqtqtqtqtqtqgddddddddPddddNMgrgrr4•进料温度与反应器操作温度的关系•进料温度在TA与TD之间，存在两个稳定操作点。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。•有良好壁面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：•仅考虑径向热量传递时可以简化为：•边界条件：•推导目的：通过上式求出管式反应器热稳定性条件和最大管径HRlTculTrTrrTBApg22l22r11HRrTrrTBA22r1dd1ddw0dd0TTRrrTr5•将以上结果代入到简化了的方程中去：wg0ASBr2wg2g0ASABAr2wg222BA2wg2222wgrexp1:Letexp1dd1dd1dd1ddTREkcfHTRERTREkcfRHRTRERzzzHRzRETRRzzERTR2222wg22222wg222wg2wg2wg2wgwg0ASAddddddddddddddddddddddddddddexp:LetzERTRrTrETRrTzRETRrTzRrrETRrTETRTrTrTETRTTRrzRrzTREkcfR2近似认为w222wwg2201,0dd0expdd1ddexpdd1ddTTzzzzzzTTTREzzz＝即边界条件相应转变为：6以上方程在δ2时无有限解，说明当δ2时反应器的操作是不稳定的。•床层最大直径：•为单位床层体积内放出的热量，称放热强度。则：3）讨论：1由床层最大允许温差条件，壁温不能太低，否则允许温差太小。2由最大床层直径条件，放热强度增加，允许床层直径变小，但床层直径还受催化剂颗粒直径和反应器压降限制，不能过小，因此，在必要的情况下，有时对催化剂活性进行限制。作业、讨论题、思考题：1、名词解释流化床、移动床、固定床、散式流化态、聚式流化态、浓相段、稀相段、节涌、沟流初始流化速度、逸出速度2、简答(1)简述流化床反应器的特点?(2)简述流化床的热量传递过程?参考资料（含参考书、文献等）HRQBA1令：EQTRRTREQRTREkcfHTRERr2wgmaxr2wg2maxwg0ASBr2wg222exp1因此：7《化学反应工程》（第二版），郭锴，化学工业出版社，2015年出版；《化学反应工程》（第三版），陈甘棠，化学工业出版社，2011年出版；《反应工程》（第三版），李绍芬主编，化学工业出版社，2013年出版。教学反思：)(1200AAAARrxxcVV