AspenPlu反应器模拟介绍PowerPoint演示文稿

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1、123由用户指定生产能力，不考虑热力学可能性和动力学可行性。包含两种反应器。4性质：按照化学反应方程式中的计量关系进行反应，有并行反应和串联反应两种方式，分别指定每一反应的转化率或产量。用途：已知化学反应方程式和每一反应的转化率或产量，不知化学动力学关系。56模块有六组模型参数：模块有六组模型参数：1 1、模型、模型设定设定(Specifications)2、化学反应、化学反应(Reactions)3、反应热、反应热(Heat of Reaction)4、选择性、选择性(Selectivity)5、粒度分布、粒度分布(PSD)6、组分属性、组分属性(Component Attr.)7：1 1、

2、操作条件、操作条件(Operation Conditions)(1)压力；压力；(2)温度温度/热负荷热负荷 2、有效相态、有效相态(Valid Phases)汽汽/液液/固固/汽汽-液液/汽汽-液液-液液 /液液-游离水游离水/汽汽-液液-游离水游离水8910idealrealAPAPAPS/,P代表选定组分代表选定组分(selected)P的生成摩尔数；的生成摩尔数；A代表参照组分代表参照组分(reference)A的消耗摩尔数；的消耗摩尔数；real 代表反应器内的实际情况；代表反应器内的实际情况；ideal 代表只有代表只有AP一个反应发生时的情况。一个反应发生时的情况。1122244

3、HCOO2HCH 1213性质：根据每一种产与输入物流间的产率关系进行反应，只考虑总质量平衡，不考虑元素平衡。用途：只知化学反应式和各产物间的相对产率，不知化学计量关系。1415模块有五组模型参数：模块有五组模型参数：1 1、模型、模型设定设定(Specifications)2、产率、产率(Yield)3、闪蒸选项、闪蒸选项(Flash Options)4、粒度分布、粒度分布(PSD)5、组分属性、组分属性(Component Attr.)16：1 1、操作条件、操作条件(Operation Conditions)(1)压力；压力；(2)温度温度/热负荷热负荷 2、有效相态、有效相态(Vali

4、d Phases)汽汽/液液/固固/汽汽-液液/汽汽-液液-液液 /液液-游离水游离水/汽汽-液液-游离水游离水171822244HCOO2HCH192021根据热力学平衡条件计算反应结果，不考虑动力学可行性。包含两种反应器。22性质：根据化学反应方程式进行反应，按照化学平衡关系式达到化学平衡，并同时达到相平衡。用途：已知反应历程和平衡反应的反应方程式，不考虑动力学可行性，计算同时达到化学平衡和相平衡的结果。2324模块有四组模型参数：模块有四组模型参数：1 1、模型、模型设定设定(Specifications)2、化学反应、化学反应(Reactions)3、收敛、收敛(Convergence

5、)4、液沫夹带、液沫夹带(Entrainment)25：1 1、操作条件、操作条件(Operation Conditions)(1)压力；压力；(2)温度温度/热负荷热负荷 2、有效相态、有效相态(Valid Phases)汽汽/液液/固固/汽汽-液液/汽汽-液液-液液 /液液-游离水游离水/汽汽-液液-游离水游离水26比速率比速率=速率速率/化学计量系数化学计量系数趋近平衡温度趋近平衡温度=T T意指在意指在T+T T下计算化下计算化学反应平衡。学反应平衡。272243HCOOHCH当反应器出口处达到平衡时，当反应器出口处达到平衡时，CO2和和H2的的产量是多少？反应热负荷是多少？产量是多少

6、？反应热负荷是多少？222HCOOHCO282930性质：根据系统的Gibbs自由能趋于最小值的原则，计算同时达到化学平衡和相平衡时的系统组成和相分布。用途：已知化学反应式，不知道反应历程和动力学可行性，估算可能达到的化学平衡和相平衡结果。3132模块有五组模型参数：模块有五组模型参数：1 1、模型、模型设定设定(Specifications)2、产物、产物(Products)3、物流指定、物流指定(Assign Steams)4、惰性物、惰性物(Inerts)5、限制平衡、限制平衡(Restricted Equilibrium)33：1 1、操作条件、操作条件(Operation Condi

7、tions)(1)压力；压力；(2)温度温度/热负荷热负荷 2、计算选项、计算选项(Calculation Options)仅计算相平衡仅计算相平衡/同时计算化学平衡和相平衡同时计算化学平衡和相平衡/是否限是否限制化学平衡制化学平衡3、相态、相态(Phases)输入存在的相态数。输入存在的相态数。34有三种选择：有三种选择：1 1、系统中的所有组分都可以是产物；、系统中的所有组分都可以是产物；2、指定可能的产物组分；、指定可能的产物组分；3、定义产物存在的相态、定义产物存在的相态。35有两种选择：有两种选择：1 1、设定整个系统的趋近平衡温度；、设定整个系统的趋近平衡温度；2、指定各个化学反应

8、趋近平衡的温度，、指定各个化学反应趋近平衡的温度，需要知道化学反应方程式需要知道化学反应方程式。362243HCOOHCH当反应器出口处达到平衡时，当反应器出口处达到平衡时，CO2和和H2的产量的产量是多少？反应热负荷是多少？与是多少？反应热负荷是多少？与REquil的结果的结果进行比较。进行比较。222HCOOHCO3738根据化学动力学计算反应结果。包含三种反应器。39性质：釜内达到理想混合。可模拟单、两、三相的体系，并可处理固体。可同时处理动力学控制和平衡控制两类反应。用途：已知化学反应式、动力学方程和平衡关系，计算所需的反应器体积和反应时间，以及反应器热负荷。4041RCSTR模块有两

9、组模型参数：模块有两组模型参数：1、操作条件操作条件(Operation Conditions)1)压力压力(Pressure)2)温度温度/热负荷热负荷(Temperature/Heat Duty)2、持料状态持料状态(Holdup)1)有效相态有效相态(Valid Phases)2)设定方式设定方式(Specification Type)42设定方式设定方式有有 7 7 个可选项：个可选项：1、反应器体积反应器体积(Reactor Volume)只需输入反应器的体积。只需输入反应器的体积。2、停留时间停留时间(Residence Time)只需输入物料在反应器中的平均停只需输入物料在反应器

10、中的平均停留时间。留时间。3、反应器体积和相体积、反应器体积和相体积 (Reactor Volume&Phase Volume)必须输入反应器体积和气相必须输入反应器体积和气相/凝聚相凝聚相所占的体积。所占的体积。4、反应器体积和相体积分率、反应器体积和相体积分率 (Reactor Volume&Phase Volume Fraction)必须输入反应器体积和气相必须输入反应器体积和气相/凝聚相所凝聚相所占的体积分率。占的体积分率。5、反应器体积和相停留时间、反应器体积和相停留时间 (Reactor Volume&Phase Residence Time)必须输入反应器体积和气相必须输入反应器

11、体积和气相/凝聚相凝聚相在反应器中的停留时间。在反应器中的停留时间。6、停留时间和相体积分率、停留时间和相体积分率 (Residence Time&Phase Volume Fraction)必须输入物料在反应器中的总平均停必须输入物料在反应器中的总平均停留时间和气相留时间和气相/凝聚相所占的体积分率。凝聚相所占的体积分率。7、相停留时间和体积分率、相停留时间和体积分率 (Phase Residence Time&Volume Fraction)必须输入气相必须输入气相/凝聚相在反应器中的停凝聚相在反应器中的停留时间和所占的体积分率。留时间和所占的体积分率。43RCSTRRCSTR中的化学反应

12、通过选用预定义的化学反应对象来设定。44用途：用途：为三类动力学反应器模为三类动力学反应器模块和块和RadFrac 模块提供反模块提供反应的计量关系、平衡关应的计量关系、平衡关系和动力学关系。系和动力学关系。45创建化学反应对象时，需赋予对象创建化学反应对象时，需赋予对象ID和选择对象类型。我们可用的类型有和选择对象类型。我们可用的类型有三种：三种：1、LHHW 型型 (Langmuir-Hinshelwood-Hougen-Watson)2、幂律型、幂律型(Power Law)3、反应精馏型、反应精馏型(Reac-Dist)46每一个化学反应对象可以包含多个化每一个化学反应对象可以包含多个化

13、学反应，每个反应都要设定计量学参学反应，每个反应都要设定计量学参数和动力学参数数和动力学参数/平衡参数。平衡参数。1、计量学参数、计量学参数(Stoichiometry)2、动力学参数、动力学参数(Kinetic)3、平衡参数、平衡参数(Equilibrium)47计量学参数计量学参数在计量学表单中为每一个化学反在计量学表单中为每一个化学反应创建一个对象，并选择对象类型为应创建一个对象，并选择对象类型为动力学动力学(Kinetic)或平衡或平衡(Equilibrium)型。输入反应方程式中的化学计量系型。输入反应方程式中的化学计量系数，对于幂律型反应对象，还要输入数，对于幂律型反应对象，还要输

14、入动力学方程式中每一个浓度因子的幂动力学方程式中每一个浓度因子的幂指数。指数。48动力学参数动力学参数(1)在动力学表单中为每一个化学反在动力学表单中为每一个化学反应输入反应动力学参数。应输入反应动力学参数。幂律型：反应动力学因子即反应速率常数幂律型：反应动力学因子即反应速率常数k k，它与温度的关系用修正的，它与温度的关系用修正的Arrhenius方方程表示：程表示：0011expTTRETTkkn49动力学参数动力学参数(2)LHHW型的型的反应速率方程：反应速率方程：吸附表达式推动力表达式动力学因子Ar0011expTTRETTkn动力学因子 TDTCTBAKCKCKlllllqjjip

15、ijilnln21其中：推动力表达式 TDTCTBAKCKiiiiimijvjijlnln其中：吸附表达式50 反应器容积为反应器容积为5m3，装填系数为，装填系数为0.6，输入氮气作为保护气体。，输入氮气作为保护气体。为了保证釜内的惰性环境，输入氮气量应该使出釜物料的气相为了保证釜内的惰性环境，输入氮气量应该使出釜物料的气相分率保持在分率保持在0.001左右。左右。加料氨水的浓度为加料氨水的浓度为4.1kmol/m3，流量为，流量为32.5 m3/hr。加料甲醛水溶液的浓度为。加料甲醛水溶液的浓度为6.3 kmol/m3，流量为，流量为32.5m3/hr。求求35 C下乌洛托品的产量和输入氮

16、气流量下乌洛托品的产量和输入氮气流量，并分析反应温度在并分析反应温度在2060 C范围里对甲醛转化率的影响。范围里对甲醛转化率的影响。(D)(C)(B)(A)O6HNCHHCHO64NH24623smkmolCkCrBAA32/skmolmRTk267/1057.2exp142051性质：反应器内完全没有返混。可模拟单、两、三相的体系。只能处理动力学控制反应。可模拟换热夹套。用途：已知化学反应式和动力学方程，计算所能达到的转化率，或所需的反应器体积，以及反应器热负荷。525354模块有四组模型参数模块有四组模型参数：1 1、模型、模型设定设定(Specifications)2、反应器构型、反应

17、器构型(Configuration)3、化学反应、化学反应(Reactions)4、压力、压力(Pressure)551 1、指定温度的反应器、指定温度的反应器 (Reactor with specified temperature)，有三种方式设定操作条件：，有三种方式设定操作条件：1)进料温度下的恒温进料温度下的恒温(Constant at inlet temperature)2)指定反应器温度指定反应器温度(Constant at specified reactor temperature)3)温度剖形温度剖形(Temperature Profile)，指定沿反应器长，指定沿反应器长度的

18、温度分布度的温度分布2、绝热反应器、绝热反应器(Adiabatic Reactor)3、恒定冷却剂温度的反应器、恒定冷却剂温度的反应器)，设定传热系数和冷，设定传热系数和冷却剂温度。却剂温度。4、与冷却剂并流换热的反应器、与冷却剂并流换热的反应器(Reactor with co-current coolant)，设定传热系数。，设定传热系数。5、与冷却剂逆流换热的反应器、与冷却剂逆流换热的反应器(Reactor with counter-current coolant)，设定传热系数。，设定传热系数。56反应器构型需要输入反应器中反反应器构型需要输入反应器中反应管的根数、反应管的长度和直径，应

19、管的根数、反应管的长度和直径，并指定有效相态。并指定有效相态。57 反应器长反应器长5米、内径米、内径0.5米，压降可忽略。加料为丁米，压降可忽略。加料为丁二烯和乙烯的等摩尔常压混合物，温度为二烯和乙烯的等摩尔常压混合物，温度为440 C。如。如果反应在绝热条件下进行，要求丁二烯的转化率达果反应在绝热条件下进行，要求丁二烯的转化率达到到12%，试求环己烯的产量，试求环己烯的产量 。(C)(B)(A)HCHCHC1064264smkmolCkCrBAA3/skmolmTRk/700111015.1exp08186.0385859性质：间歇或半间歇操作的搅拌釜，釜内达到理想混合。自动根据加料和辅助

20、时间提供缓冲罐，实现与连续过程的连接。用途：已知化学反应式、动力学方程和平衡关系，计算所需的反应器体积和反应时间，以及反应器热负荷。6061模块有六组模型参数模块有六组模型参数：1 1、模型、模型设定设定(Specifications)2、化学反应、化学反应(Reactions)3、停止判据、停止判据(Stop Criteria)4、操作时间、操作时间(Operation Time)5、连续加料、连续加料(Continuous Feeds)6、控制器控制器(Controllers)62：反应器操作设定反应器操作设定(Reactor Operating Specification)有六个选项供选

21、择：有六个选项供选择：1、恒温、恒温(Constant Temperature)2、温度剖形、温度剖形(Temperature Profiles)3、恒定热负荷、恒定热负荷(Constant Heat Duty)4、热负荷剖形、热负荷剖形(Heat Duty Profile)5、恒定冷却剂温度、恒定冷却剂温度(Constant Coolant Temperature)6、传热用户子程序、传热用户子程序(Heat Transfer User Subroutine)压力设定压力设定(Pressure Specification)有三个选项供选择：有三个选项供选择：1、指定反应器压力、指定反应器压力

22、(Specify Reactor Pressure)2、指定压力剖形、指定压力剖形(Specify Reactor Pressure Profile)3、计算反应器压力、计算反应器压力(Calculate Reactor Pressure)63：1 1、序号；、序号；2 2、位置：反应器，排气收集器，排气；、位置：反应器，排气收集器，排气；3 3、变量类型，如时间、转化率、温度、压力、体、变量类型，如时间、转化率、温度、压力、体积、组成、流量、物性等；积、组成、流量、物性等；4 4、停止值，即变量达到该值时就停止釜内操作；、停止值，即变量达到该值时就停止釜内操作；5 5、组分，与转化率、组成等

23、变量配合使用；、组分，与转化率、组成等变量配合使用；6 6、子流股类别，有子流股时使用；、子流股类别，有子流股时使用；7 7、物性集、物性集ID,变量为物性时使用；变量为物性时使用；8 8、趋近方向，即变量值是从大或小的方向趋近停、趋近方向，即变量值是从大或小的方向趋近停止值。止值。64656667 在间歇搅拌釜中等温反应，在间歇搅拌釜中等温反应，T=100 C，P=3bar，操作周，操作周期期2.5hr。加料为水溶液。加料为水溶液T=40 C，处理量，处理量1m3/hr，含，含。求。求转化率为转化率为35%的反应时间，的反应时间，的产量，装填率的产量，装填率=0.7时所需的反应釜体积时所需的

24、反应釜体积。(D)(C)(B)(A)OHHCOOCCHCOOHCHOHCHCH2523323smkmolCCKCCkrDCCBAA3/192.2/93.73CKskmolmk68考虑到釜液升考虑到釜液升/降温的影响，操作周期延长到降温的影响，操作周期延长到3hr，并，并按以下升按以下升/降温程序操作：降温程序操作：t=0,T=40 C;t=15min,T=80 C;t=30min,T=100 C;t=110min,T=100 C;t=140min,T=40 C。求求转化率为转化率为35%的反应时间，的反应时间，的产量的产量，装填率装填率=0.7时所需的反应釜体积时所需的反应釜体积。RTKskmolmRTkC819371039.1exp10019.1/10211.3exp2479.069求求转化转化率为率为35%的反应时间，的反应时间，的产量的产量，装填率装填率=0.7时所需的反应釜体积时所需的反应釜体积。70求求转化率为转化率为35%的反应的反应时间，时间，。