Устойчивость режима работы реактора

Ни один реактор не работает в строго стационарном режиме. Небольшие колебания состава исходных реагентов, температуры, давления, скорости потоков и другие возмущения могут вывести процесс из стационарного состояния. Химико-технологический процесс протекает нормально только в том случае, если малые внешние воздействия ведут к малым отклонениям от режима процесса и после снятия произведенного возмущения система может возвратиться к прежнему состоянию. Такая система называется устойчивой.

В неустойчивой системе отклонение, вызванное случайным возмущением на входе в реактор, увеличивается во времени; режим после снятия возмущения не возвращается в исходное стационарное состояние.

Единственной причиной неустойчивости химических процессов является температурная неустойчивость, то есть самоускорение или самозамедление реакции под воздействием изменения собственного теплового эффекта. Причина заключается в различной зависимости скорости тепловыделения и скорости теплоотвода. При любом изменении технологического параметра происходит изменение скорости химической реакции, а значит, меняется скорость выделения или поглощения тепла. Скорость же теплоотвода или теплоподвода остается постоянной. Нарушается баланс между приходом и расходом тепла в реакторе (тепловой баланс). Следствием этого является нарушение стационарности процесса в проточном реакторе. Если произведенное нарушение режима приводит к увеличению разницы между приходом и расходом тепла, система уже не может вернуться в исходное стационарное состояние.

Условия стационарности находят при совместном решении уравнений материального и теплового балансов. Решение уравнений заключается в определении параметров процесса, при которых соблюдается равенство между приходом и расходом тепла при оптимальных показателях технологического процесса. Для этой цели часто используют графический метод.

Чтобы воспользоваться этим методом для РИВ-Н необходимо дифференциальные уравнения теплового и материального балансов, составленные для элементарного объема, проинтегрировать в пределах изменения параметров, что в большинстве случаев, представляет значительную трудность. Для РИС-Н материальный и тепловой балансы составляются в виде простых, легко решаемых уравнений. Поэтому рассмотрим графический метод определения условий стационарности на примере РИС-Н.