反應器顯示出的另一麻煩特征是“參數(shù)的敏感性”;這種敏感性可以作如下定義,即操作變量的微小變化,會導至反應器性能的巨大變化。反應器并不是已經(jīng)引用過的“不穩(wěn)定概念”(亦即并不存在可能的定常態(tài)時的連續(xù)溫度序列),但如果由于某一操作變量的微小改變,就將引起反應器性能上不能允許的變化,那么,這種反應器仍然是很難控制的。
以下討論的情況,是在管式反應器內(nèi)進行簡單放熱反應時的特性,反應器壁維持在某一溫度Tw,且壁溫在反應器的整個長度范圍內(nèi)是相同的。為了簡化起見,假定反應流體的溫度Tr在各個床層截面上是均勻的(也就是假定在器壁處存在著溫度的不連續(xù)性Tr-Tw),但由于反應熱,Tr將沿整個反應器長度而変化。在解出這種反應器模型的微分方程后,有關作者指出,如果以Tr作為沿反應器長度(相當于時間)的函數(shù)而進行標繪時,則在不同Tw值所得的曲線如圖56所示。
由圖可見,Tw極其微小的增加,會使反應器內(nèi)某一部位的溫度急劇上升,這就是說形成了一個“熱點”;并且如圖57所示,它還表明反應物的濃度也將相應地急劇下降(亦即轉(zhuǎn)化率迅速增加)。這樣,該反應器就表現(xiàn)出對于參數(shù)Tw值的敏感性。事實上,在所研究的例子中,當Tw的變化小到1℃時,所造成的影響仍將使完全轉(zhuǎn)化所需的反應器容積減小一半以上。至于傳熱系數(shù)和反應混合物的稀釋程度,也會發(fā)生類似的敏感性;填充物的初始溫度也有重要的影響。
根據(jù)直觀的判斷,這類情況是容易明白的。倘使Tw所保持的值比反應流體的進口溫度低得多,則流體被迅速冷卻,并使反應變得十分緩慢;但是,如果Tw上升到稍大于某臨界值時,由于反應熱以及由于反應速率和溫度的指數(shù)關系,這兩者共同作用的結(jié)果,將導致流體溫度急速上升,并超過進口溫度,但又由于反應物的不斷被耗盡,這種上升也是有一定限度的。
盡管這個例子所涉及的是一個簡單反應,但顯然同樣的研究也適用于各種更為復雜的反應,而由此得到的結(jié)果,在工業(yè)上有著重要的用途。例如,如果某有用反應伴隨著一個無用的放熱降解過程,從圖56可清楚地看到,只要敏感參數(shù)超過某值,該降解過程的引發(fā)就可能很快,可是為了使有用反應能獲得滿意的收率,這個參數(shù)可能需要保持接近臨界值。這種情況在部分氧化過程中可能會發(fā)生,這正如前面文章所述,對這種情況用連續(xù)攪拌釜式反應器要比管式反應器有利。