Лекция Тема. Тепловой режим реакторов. Реакторы изотермического, адиабатического и политермического действия

Устойчивость работы реактора
Согласно теории А.М.Ляпунова “система называется устойчивой, если после наложения какого-либо возмущения она возвращается в прежнее состояние при снятии этого возмущения”. При стационарном режиме работы реактора все параметры, характеризующие его работу не изменяются во времени, то есть отсутствуют возмущения. Однако часто могут присутствовать изменение состава и температуры, поступающей реакционной смеси, давления, степени перемешивания и активность катализатора.
При заданных начальных условиях возможно существование нескольких стационарных режимов химических реакторов, соответствующих разным значениям основных технологических параметров. Рассмотрим температурную устойчивость реактора на примере необратимой экзотермической реакции, протекающей в реакторе полного смешения, работающего при интегрально-адиабатическом режиме (см. рис. 1).

Рис. 1. Зависимость скорости выделения и отвода теплоты от температуры.
Зависимость скорости выделения теплоты Q от температуры Т имеет S-образный вид (при низких температурах скорость реакции мала, следовательно выделение теплоты невелико; с ростом температуры согласно уравнению Аррениуса скорость возрастает и при  или равновесном значении выделение теплоты стремится к нулю.
Линиями 1, 2, 3 показаны линейные зависимости скорости отвода теплоты потоком реакционной смеси. Точки a, b, c, d, e соответствуют состоянию, когда соблюдается тепловой баланс. В этих точках процесс стационарен и зависит от величин, входящих в уравнение адиабаты.
Пусть стационарным является режим “a” при температуре  . Если произойдет какое-либо незначительное повышение температуры, то окажется, что скорость отвода теплоты больше скорости подвода. Следовательно, должно произойти снижение температуры до  , которая отвечает стационарному состоянию системы. Если температура окажется меньше, чем  , скорость тепло подвода выше скорости отвода и поэтому произойдет повышение температуры до значения  . Однако, проведение процесса при значении  не может быть рекомендовано, так как при низкой температуре нельзя получить высокую степень превращения. Это достигается при температуре  . Относительное положение S-образной прямой и прямой 3 таково, что они пересекаются в точках c, d, e. Положение с, d аналогично точкам a, b. В точке “e” не обеспечивается устойчивое состояние системы