Устойчивость работы реакторов - Направление совершенствования химических производств

Задача исследования устойчивости включает в себя определение численности стационарных состояний, возможных в системе, построение области устойчивости, анализ чувствительности решения к вариации параметров. При такой интерпретации устойчивость становится одним из важнейших факторов, который необходимо учитывать при проектировании оборудования, технологической системы или при моделировании процесса.

Понятие устойчивости системы было сформулировано A. M. Ляпуновым: "Система называется устойчивой, если после наложения какого-либо возмущения, она возвращается в прежнее состояние при снятии этого возмущения".

Применительно к различным реакторам (как химическим, так и биологическим), в которых проходят экзотермические реакции, различные возмущения (изменение количеств поступающих компонентов, ухудшение теплоотвода и т. д.) могут вывести процесс из стационарного состояния, при этом процесс не возвращается к исходному режиму. Поэтому возникает необходимость оценки устойчивости стационарных режимов работы реактора.

Реактор непрерывного действия должен работать в стационарном, неизменном во времени режиме. Однако из-за неизбежных внеш. возмущений, напр. изменения состава сырья, условий отвода или подвода теплоты, возникают отклонения от стационарного режима. Они м. б. незначительными и существенными, приводящими к заметным изменениям качества продукта, производительности реактора и даже к авариям. Динамич. режимы реакторов непрерывного действия исследуют с помощью их мат. моделей в виде диффе-ренц. ур-ний в обыкновенных или частных производных.

Динамич. режимы непрерывно действующего реактора идеального смешения, в к-ром протекает экзотермич. р-ция первого порядка, описываются безразмерной системой ур-ний, составленной на основе материального (1) и теплового (2) балансов:

Где х, у - переменные, пропорциональные соотв. концентрации реагирующего в-ва и т-ре в реакторе; x0, y0-те же переменные для потока на входе реактора; ут - переменная, пропорциональная т-ре окружающей среды; l-констан та, пропорциональная расходу потока на входе реактора, b-константа, пропорциональная коэф. теплопередачи и площади пов-сти теплообмена с окружающей средой; т-время.

Стационарные режимы реактора определяются условием dx/dт = dy/dт = 0. Решение ур-ний (1), (2) при этом дает значения xs и ys для стационарного состояния. В зависимости от параметров реактора стационарных состояний м. б. одно или три; в общем случае их всегда нечетное число.

Похожие статьи




Устойчивость работы реакторов - Направление совершенствования химических производств

Предыдущая | Следующая