化学反应工程课件省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

催化反应器安全稳定性分析技术 朱建华石油大学化学工程与装备研究所北京 10220010/10/1石油大学（北京）化学工程与装备研究所第1页一、问题提出炼油化工生产过程中反应器飞温烧结催化剂现象时有所闻高压反应釜爆炸伤人事故时有发生何种原因造成上述事故发生？10/10/2石油大学（北京）化学工程与装备研究所第2页对这类事故原因传统认识定态操作反应器，在输入及其它操作条件基本恒定态操作反应器，在输入及其它操作条件基本恒定条件下，其输出应是稳定定条件下，其输出应是稳定 ；反应器失控主要是由操作失误造成；反应器失控主要是由操作失误造成；反应器爆炸原因可能是反应体系组成已处于爆炸反应器爆炸原因可能是反应体系组成已处于爆炸限范围内，在外界条件刺激下，如明火、静电、限范围内，在外界条件刺激下，如明火、静电、碰撞或高温而引发爆炸。碰撞或高温而引发爆炸。10/10/3石油大学（北京）化学工程与装备研究所第3页用化学反应工程学理论对这类事故原因分析反应器设计存在缺反应器设计存在缺点；点；对反应体系多定态对反应体系多定态特征缺乏足够认识特征缺乏足够认识 ；对反应器操作稳定对反应器操作稳定性分析不够性分析不够 。10/10/4石油大学（北京）化学工程与装备研究所第4页二、化学反应体系多定态特征 19Liljenroth 定性描述了氨氧化反应过程开车与稳定性；Davies分析了各种金属丝表面上H2或CO在空气中燃烧反应，发觉了催化燃烧过程中点火及熄火现象；1950s，Van Heerden,Bilous and Amundson等人对CSTR中一级不可逆放热反应多定态特征研究，引发了世人关注；1972年Beusch等对催化反应中存在自激振荡现象试验观察结果发表，使对化学反应体系多定态特征研究成为化学反应工程研究热点。10/10/5石油大学（北京）化学工程与装备研究所第5页化学反应体系多定态特征主要性1 1、成为化学反应工程学发展史上一个里程碑、成为化学反应工程学发展史上一个里程碑2 2、将为催化反应器设计、操作和控制提供主要、将为催化反应器设计、操作和控制提供主要理论依据理论依据3 3、成为洞察催化反应机理新方法、成为洞察催化反应机理新方法4 4、为催化反应器开车和停车提升指导、为催化反应器开车和停车提升指导5 5、为催化反应器安全操作提供诊疗分析技术、为催化反应器安全操作提供诊疗分析技术 10/10/6石油大学（北京）化学工程与装备研究所第6页三、CSTR定态及稳定性分析在定态下操作在定态下操作CSTRCSTR反应器，其反应温度将由整个反应器，其反应温度将由整个反应器物料衡算和热量衡算决定反应器物料衡算和热量衡算决定假设在反应体积为假设在反应体积为V VR RCSTRCSTR中进行一级不可逆反中进行一级不可逆反应应AA B B进料中反应物进料中反应物AA浓度为浓度为CCA0A0，进料温度，进料温度T T0 0，并以，并以体积流量体积流量v v0 0连续稳定地流入反应器连续稳定地流入反应器假定反应物料密度恒定假定反应物料密度恒定 10/10/7石油大学（北京）化学工程与装备研究所第7页CSTR中发生一级不可逆放热反中发生一级不可逆放热反应多定态特征及定态稳定性应多定态特征及定态稳定性1、物料衡算v0(CA0 CA)=VRkCA （1）或CACA0/(1+k )式中：=VR/V0 10/10/8石油大学（北京）化学工程与装备研究所第8页CSTR热量衡算10/10/9石油大学（北京）化学工程与装备研究所第9页CSTR热量衡算 令：Qr=(1+)T-(T0+TC)Qg=Tadk/(1+k)10/10/10石油大学（北京）化学工程与装备研究所第10页CSTR定态解 10/10/11石油大学（北京）化学工程与装备研究所第11页进料温度对CSTR定态影响10/10/12石油大学（北京）化学工程与装备研究所第12页流量对CSTR定态影响10/10/13石油大学（北京）化学工程与装备研究所第13页在CSTR反应器中发生吸热反应定态特征10/10/14石油大学（北京）化学工程与装备研究所第14页CSTR定态稳定判据定态稳定必要条件为：该式也称为斜率条件。10/10/15石油大学（北京）化学工程与装备研究所第15页 CSTR瞬态特征分析10/10/16石油大学（北京）化学工程与装备研究所第16页CSTR瞬态特征分析10/10/17石油大学（北京）化学工程与装备研究所第17页CSTR瞬态特征分析10/10/18石油大学（北京）化学工程与装备研究所第18页CSTR瞬态特征分析10/10/19石油大学（北京）化学工程与装备研究所第19页CSTR瞬态特征分析10/10/20石油大学（北京）化学工程与装备研究所第20页CSTR瞬态特征分析10/10/21石油大学（北京）化学工程与装备研究所第21页CSTR瞬态特征分析10/10/22石油大学（北京）化学工程与装备研究所第22页CSTR瞬态特征10/10/23石油大学（北京）化学工程与装备研究所第23页CSTR开工方案10/10/24石油大学（北京）化学工程与装备研究所第24页四、单颗粒催化剂定态及稳定性分析利用在单颗粒催化剂上发生反应物料及热量衡算方程，确定体系模型方程利用图解法确定体系定态利用斜率条件判断体系稳定性利用瞬态方程确定体系定态稳定性充分必要条件。10/10/25石油大学（北京）化学工程与装备研究所第25页五、催化反应器安全稳定性分析确定体系模型方程分析模型方程多解利用奇异理论（Singularity Theory)和突变理论（Catastrophe Theory)分析反应器多定态特征及定态稳定性确定催化反应器操作工艺参数范围，为反应器 安全稳定操作提供指导10/10/26石油大学（北京）化学工程与装备研究所第26页谢谢各位！10/10/27石油大学（北京）化学工程与装备研究所第27页