Неизотермический процесс в химическом реакторе. Температурный режим в проточном реакторе идеального смешения. Устойчивость стационарных режимов

Допустим процесс находится в стационарном режиме с температурой Т₁(рис.1)

рис.1 рис 2 рис3

Увеличение температуры до Т₁^׳, вызванное внешним возмущением, приводит к повышению тепловыделения q_p и теплоотвода q_t, причём q_t возрастает больше, чем q_p. Если источник возмущения будет устранен, то превращающий теплоотвод q_t приведет к снижению температуры и режим самопроизвольно вернется в первоначальное состояние с температурой Т₁. Если температура в реакторе уменьшится до Т_1­­­^׳׳, то тепловыделение q_p станет больше теплоотвода q_t и реактор будет разогреваться до температуры стационарного режима Т₁.

dqp/dT<dqT/dT

Аналогичная ситуация наблюдается и в высокотемпературном стационарном состоянии 3 (рис.2).

Такие стационарные состояния, где выполняется условие: (1)

называют стационарными. В среднетемпературном режиме 2 (рис.3) повышение температуры от Т₂ до Т₂^׳ вызывает более сильно возрастание тепловыделения q_p, нежели теплоотвода, что приведет к дальнейшему увеличению температуры в реакторе вплоть до установления высокотемпературного стационарного состояния.

Результатом понижения температуры до Т_2­­­^׳׳ будет дальнейшее остывание реактора вплоть до достижения низкотемпературного состояния. Подобное нарушение среднетемпературного режима будет происходить при любых малых изменениях температуры Т, первоначальный стационарный режим самопроизвольно восстанавливаться не будет.

Такой режим называют неустойчивым, для него:

dqp/dT>dqT/dT

(2) Таким образом устойчивое стационарное состояние характеризуется самопроизвольным восстановлением первоначального состояния системы, нарушение которого вызвано внешним возмущением.

Неустойчивое стационарное состояние после внесения в него возмущения самопроизвольно не восстанавливается. Следовательно, среднетемпературный режим не реализуется.