53.Критические тепловые явления в гетерогенном процессе: гистерезис стационарных режимов.
Гистерезис стационарных режимов.
Проследим изменение разогрева поверхности (Tn – T0) при постепенном повышении температуры потока T0 и выделим ряд последовательных стационарных режимов, определенных из пересечений серии прямых qT для разных температур T0 с кривой тепловыделения qp
(см.
рис. 2).
|
|
|
Рисунок 2 : К формулировке гистерезиса стационарных режимов. |
Постепенное повышение T0 приводит к постепенному увеличению Tn .
Соответствующие этим значениям режима отмечены точками внизу на рисунке 2а и кривой «1ʺ- 1ʹ» на рисунке 2б.
По достижении температуры объема системы T0 значения Toн , низкотемпературные режимы перестают существовать (последний низкотемпературный режим обозначен на рисунках 2а и 2б точкой «1ʹ») и происходит скачок в область высокотемпературных режимов. Это «температура зажигания».
Дальнейшее повышение T0 будет мало влиять на разогрев поверхность (Tn-T0) который по величине близок к адиабатическому разогреву ∆Tад .
На рисунке 2б стрелками показано направление изменения (Tn-T0) с увеличением T0.
Теперь проследим за обратным движением по стрелкам с постепенным уменьшением T0, при котором стационарные режимы на рисунке 2а отмечены точками вверху. При достижении точки «3ʹ» повторяется состояние системы в высокотемпературном режиме. Причем дальнейшее уменьшение T0 приводит к реализации высокотемпературных режимов вплоть до T0В, после чего происходит переход скачком от состояния «3ʺ» к состоянию «1ʺ» (см. рисунок 2б).
T0В – граница существования высокотемпературных режимов и называется «температурой потухания»
При дальнейшем движении в сторону понижения T0 режимы будут совпадать с полученным при подъеме T0 .
Такой гистезис стационарных режимов был получен и эксперементально.
Зажигание и потухание – кристаллические режимы процесса.
Отметим, что при изменении условий процесса, например, температуры потока T0 , реализовались только низкотемпературный и высокотемпературный режимы, без среднетемпературного режима 2 (см. рис. 1)
Это связано с тем, что среднетемпературный режим является неустойчивым и на практике не реализуется.
54. Критические тепловые явления в гетерогенном процессе, практическое приминение критических режимов.
Осуществление условий ,вызывающих"зажигание процесса", можно с пользой использовать в произвдстве.
Высокотемпературный, интенсивный режимпроводится при температуре небольшой потока То.Чтобы выйти на него,
не разогревая,например катализатор и поток реагентов,на короткое время повышают концентрацию
реагента и после достижения необходимой температуры конценрацию возвращают к заданной.Таким же образом осуществляется пожигание топлива ( горение относится к процессу"газ-твердое" ).Но зажигание может привести к нежелательному самовозгоранию твердых горючих материалов.Особенно опасно это явление процессах с большим адиабатическим разогревом.Переход к высокотемпературному режиму приводит к резкому увеличению обьема газа, что приведет к тепловому взрыву.Использование критических режимов необходимо просчитать заранее ."Потухание"проесса также надо предвидеть.Например,окисление аммиакапротекает на платиноидном катализаторе во внешнедиффузионном режиме. Температура газа около 470К, катализатора-1170К,следовательно адиабатический разогрев-700 градусов.Если например ,уменьшить конценрацию аммиака(т.е.уменьшить...формула...,то будет реализован низкотемператуный режим и температура
резко спадет.Но возврат к прежним условиям по концентрации аммиака не востановит высокотемпературны режим.
Для этого будет необходим предварительный разогрев катализатора и др.пусковые операции процесса.Возможность
осуществления критических явлений необходимо учитывать в технологических работах.Основным результатом
исследования хим. процесса протекающего в элементрном обьеме,является скорость превращения компонентов реакционной смеси с учетом всех наблюдаемых в нем явлений.