化工設(shè)計課件：第2章 5-4 單元過程建模-反應(yīng)單元模型

1、1化工設(shè)計第二章 IT工具應(yīng)用第五講：單元過程建模主要內(nèi)容換熱單元模型2流體輸送模型1反應(yīng)單元模型4分離單元模型3第四節(jié) 反應(yīng)器單元建模Reactor Modeling學(xué)習(xí)目的：了解常見常見反應(yīng)設(shè)備模塊，初步學(xué)會對動力學(xué)反應(yīng)器進行設(shè)計與分析目錄1.1 反應(yīng)器基礎(chǔ)知識1.2 反應(yīng)器單元模擬概述1.3 化學(xué)計量反應(yīng)器RStoic1.4 產(chǎn)率反應(yīng)器RYield1.5 平衡反應(yīng)器REquil1.6 吉布斯反應(yīng)器Rgibbs1.7 化學(xué)反應(yīng)對象1.8 全混釜反應(yīng)器RCSTR1.9 平推流反應(yīng)器Rplug1.10 間歇式反應(yīng)器RBatch1.1 反應(yīng)器基礎(chǔ)知識分類化學(xué)反應(yīng)和反應(yīng)器的分類化學(xué)反應(yīng)和反應(yīng)器的分

2、類方法很多，常按下列四種方法進行分類。1、按反應(yīng)系統(tǒng)涉及的相態(tài)分類 包括氣相均相反應(yīng)和液相均相反應(yīng)。 包括氣-固相，氣-液相，氣-液-固相反應(yīng)等。均相反應(yīng)非均相反應(yīng)1.1 反應(yīng)器基礎(chǔ)知識分類2、按操作方式分類 指一批物料投入反應(yīng)器后，經(jīng)過一定時間的反應(yīng)再取出的操作方法。 指反應(yīng)物料連續(xù)地通過反應(yīng)器的操作方式。 指反應(yīng)器中的物料，有一些是分批地加入或取出，而另一些則是連續(xù)流動通過反應(yīng)器。間歇操作連續(xù)操作半連續(xù)操作1.1 反應(yīng)器基礎(chǔ)知識分類3、按反應(yīng)器型式來分類 一般長徑比大于30； 一般高徑比為1-3； 一般高徑比在3-30之間。管式反應(yīng)器槽式反應(yīng)器塔式反應(yīng)器1.1 反應(yīng)器基礎(chǔ)知識分類4、按傳熱

3、條件分類 整個反應(yīng)器維持恒溫，這對傳熱要求很高。 反應(yīng)器與外界沒有熱量交換，全部反應(yīng)熱效應(yīng)使物料升溫或降溫。 與外界有熱量交換，但不等溫。等溫反應(yīng)器絕熱反應(yīng)器非等溫、非絕熱反應(yīng)器1.1 反應(yīng)器基礎(chǔ)知識分類理想反應(yīng)器在工業(yè)上化學(xué)反應(yīng)必然要在某種設(shè)備內(nèi)進行，這種設(shè)備就是反應(yīng)器。根據(jù)各種化學(xué)反應(yīng)的不同特性，反應(yīng)器的形式和操作方式有很大差異。從本質(zhì)上講，反應(yīng)器的形式并不會影響化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)特性。但是物料在不同類型的反應(yīng)器中流動情況是不同的。1.1 反應(yīng)器基礎(chǔ)知識分類簡單混合與返混若相互混合的物料是在相同的時間進入反應(yīng)器的，具有相同的反應(yīng)程度，混合后的物料必然與混合前的物料完全相同。這種發(fā)生在停留時間相

4、同的物料之間的均勻化過程，稱之為簡單混合。如果發(fā)生混合前的物料在反應(yīng)器內(nèi)停留時間不同，反應(yīng)程度就不同，組成也不會相同?；旌现蟮奈锪辖M成與混合前必然不同，反應(yīng)速率也會隨之發(fā)生變化，這種發(fā)生在停留時間不同的物料之間的均勻化過程，稱之為返混。1.1 反應(yīng)器基礎(chǔ)知識分類按物料在反應(yīng)器內(nèi)返混情況作為反應(yīng)器分類的依據(jù)將能更好的反映出其本質(zhì)上的差異。按返混情況不同反應(yīng)器被分為以下類型：間歇式反應(yīng)器平推流反應(yīng)器全混流反應(yīng)器連續(xù)流動反應(yīng)器完全沒有返混返混極大1.1 反應(yīng)器基礎(chǔ)知識分類1、間歇式反應(yīng)器間歇操作的充分?jǐn)嚢璨凼椒磻?yīng)器（簡稱間歇式反應(yīng)器）。在反應(yīng)器中物料被充分混合，但由于所有物料均為同一時間進入的，物

5、料之間的混合過程屬于簡單混合，不存在返混。1.1 反應(yīng)器基礎(chǔ)知識分類反應(yīng)物料一次投入反應(yīng)器內(nèi)，在反應(yīng)過程中不再向反應(yīng)器內(nèi)投料，也不向外排出，待反應(yīng)達到要求的轉(zhuǎn)化率后，再全部放出反應(yīng)物料。反應(yīng)器內(nèi)的物料在攪拌的作用下其參數(shù)（溫度及濃度）各處均一。1.1 反應(yīng)器基礎(chǔ)知識分類1.1 反應(yīng)器基礎(chǔ)知識分類間歇式反應(yīng)器特點：由于劇烈攪拌、混合，反應(yīng)器內(nèi)有效空間中各位置的物料溫度、濃度都相同；由于一次加料，一次出料，反應(yīng)過程中沒有加料、出料，所有物料在反應(yīng)器中停留時間相同，不存在不同停留時間物料的混合，即無返混現(xiàn)象；出料組成與反應(yīng)器內(nèi)物料的最終組成相同；為間歇操作，有輔助生產(chǎn)時間。一個生產(chǎn)周期應(yīng)包括反應(yīng)時間

6、、加料時間、出料時間、清洗時間、加熱（或冷卻）時間等。1.1 反應(yīng)器基礎(chǔ)知識分類2、平推流反應(yīng)器平推流反應(yīng)器（或活塞流反應(yīng)器）在連續(xù)流動的反應(yīng)器內(nèi)物料允許作徑向混合（屬于簡單混合）但不存在軸向混合（即無返混）。典型例子是物料在管內(nèi)流速較快的管式反應(yīng)器。1.1 反應(yīng)器基礎(chǔ)知識分類平推流反應(yīng)器是指通過反應(yīng)器的物料沿同一方向以相同速度向前流動，像活塞一樣在反應(yīng)器中向前平推，故又稱為活塞流。1.1 反應(yīng)器基礎(chǔ)知識分類1.1 反應(yīng)器基礎(chǔ)知識分類平推流反應(yīng)器特點：由于流體沿同一方向，以相同速度向前推進，在反應(yīng)器內(nèi)沒有物料的返混，所有物料在反應(yīng)器中的停留時間都是相同的；在垂直于流動方向上的同一截面，不同徑向

7、位置的流體特性（組成、溫度等）是一致的；在定常態(tài)下操作，反應(yīng)器內(nèi)狀態(tài)只隨軸向位置改變，不隨時間改變。實際生產(chǎn)中對于管徑較小、長度較長、流速較大的管式反應(yīng)器，列管固定床反應(yīng)器等，常可按平推流反應(yīng)器處理。1.1 反應(yīng)器基礎(chǔ)知識分類3、全混流反應(yīng)器連續(xù)操作的充分?jǐn)嚢璨坌头磻?yīng)器（簡稱全混流反應(yīng)器）。在這類反應(yīng)器中物料返混達最大值。1.1 反應(yīng)器基礎(chǔ)知識分類全混流反應(yīng)器又稱全混釜或連續(xù)流動充分?jǐn)嚢璨凼椒磻?yīng)器，簡稱CSTR。流入反應(yīng)器的物料，在瞬間與反應(yīng)器內(nèi)的物料混合均勻，即在反應(yīng)器中各處物料的溫度、濃度都是相同的。1.1 反應(yīng)器基礎(chǔ)知識分類1.1 反應(yīng)器基礎(chǔ)知識分類全混流反應(yīng)器特點：物料在反應(yīng)器內(nèi)充分返

8、混；反應(yīng)器內(nèi)各處物料參數(shù)均一；反應(yīng)器的出口組成與器內(nèi)物料組成相同；連續(xù)、穩(wěn)定流動，是一定態(tài)過程。1.2 反應(yīng)器單元模擬概述Aspen Plus根據(jù)不同的反應(yīng)器形式，提供了七種不同的反應(yīng)器模塊。這七類反應(yīng)器模塊可以劃分為三類：1. 基于物料平衡的反應(yīng)器（RStoic，RYield）；2. 基于化學(xué)平衡的反應(yīng)器（REquil，RGibbs）；3. 動力學(xué)反應(yīng)器（RCSTR，RPlug，RBatch）。模塊說明功能適用對象RStoic化學(xué)計量反應(yīng)器規(guī)定反應(yīng)程度和轉(zhuǎn)化率的化學(xué)計量反應(yīng)器模塊反應(yīng)動力學(xué)數(shù)據(jù)未知或不重要，但化學(xué)計量系數(shù)和反應(yīng)程度已知的反應(yīng)器RYield產(chǎn)率反應(yīng)器規(guī)定產(chǎn)率的反應(yīng)器模塊化學(xué)計量

9、系數(shù)和反應(yīng)動力學(xué)數(shù)據(jù)未知或不重要，但產(chǎn)率分布已知的反應(yīng)器REquil平衡反應(yīng)器通過化學(xué)計量系數(shù)計算實現(xiàn)化學(xué)平衡和相平衡化學(xué)平衡和相平衡同時發(fā)生的反應(yīng)器RGibbs吉布斯反應(yīng)器通過Gibbs自由能最小實現(xiàn)化學(xué)平衡和相平衡化學(xué)平衡和相平衡同時發(fā)生的反應(yīng)器，對固體溶液和汽-液-固系統(tǒng)計算相平衡RCSTR全混釜反應(yīng)器模擬全混釜反應(yīng)器帶反應(yīng)速率控制和平衡反應(yīng)的單相、兩相或三相全混釜反應(yīng)器RPlug平推流反應(yīng)器模擬平推流反應(yīng)器帶反應(yīng)速率控制的單相、兩相或三相平推流反應(yīng)器RBatch間歇式反應(yīng)器模擬間歇式或半間歇式反應(yīng)器帶反應(yīng)速率控制的單相、兩相或三相間歇和半間歇的反應(yīng)器1.2 反應(yīng)器單元模擬概述1.3 化

10、學(xué)計量反應(yīng)器RStoic按照化學(xué)反應(yīng)方程式中的計量關(guān)系進行反應(yīng)，有平行反應(yīng)和串聯(lián)反應(yīng)兩種方式。用于模擬化學(xué)平衡數(shù)據(jù)和動力學(xué)數(shù)據(jù)未知或不重要的反應(yīng)器，還可以計算產(chǎn)品的選擇性和反應(yīng)熱。1.3 化學(xué)計量反應(yīng)器RStoic1.3 化學(xué)計量反應(yīng)器RStoicRStoic模塊的連接圖如下： 1.3 化學(xué)計量反應(yīng)器RStoic用化學(xué)計量反應(yīng)器RStoic模擬計算時，需要規(guī)定反應(yīng)器的操作條件，并選擇反應(yīng)器的閃蒸計算相態(tài)；還需要規(guī)定在反應(yīng)器中發(fā)生的反應(yīng)，對每個反應(yīng)必須規(guī)定化學(xué)計量系數(shù)，并分別指定每一個反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率或產(chǎn)品流率。1.3 化學(xué)計量反應(yīng)器RStoicRStoic 模塊有七組模型參數(shù)：1、模型設(shè)定 (Sp

11、ecifications)2、化學(xué)反應(yīng) (Reactions)3、燃燒 (Combustion)4、反應(yīng)熱 (Heat of Reaction)5、選擇性 (Selectivity)6、粒度分布 (PSD)7、組分屬性 (Component Attr.)1.3 化學(xué)計量反應(yīng)器RStoic1、模型設(shè)定(Specifications)包括操作條件和有效相態(tài)。1.3 化學(xué)計量反應(yīng)器RStoic2、化學(xué)反應(yīng)(Reactions)需要規(guī)定在反應(yīng)器中發(fā)生的所有反應(yīng)。1.3 化學(xué)計量反應(yīng)器RStoic定義每個反應(yīng)時，必須規(guī)定化學(xué)計量系數(shù)，并分別指定每一個反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率或產(chǎn)品流率?；瘜W(xué)計量系數(shù)產(chǎn)品流率反應(yīng)轉(zhuǎn)化率

12、1.3 化學(xué)計量反應(yīng)器RStoic3、反應(yīng)熱 (Heat of Reaction)如果需要計算反應(yīng)熱，可在Heat of Reaction頁面對每個反應(yīng)規(guī)定參考組分，也可選擇規(guī)定反應(yīng)熱，化學(xué)計量反應(yīng)器RStoic調(diào)整計算的反應(yīng)器負荷。1.3 化學(xué)計量反應(yīng)器RStoic規(guī)定參考組分計算反應(yīng)熱1.3 化學(xué)計量反應(yīng)器RStoic規(guī)定反應(yīng)熱1.3 化學(xué)計量反應(yīng)器RStoic1.3 化學(xué)計量反應(yīng)器RStoic4、選擇性 (Selectivity)若需要計算產(chǎn)品的選擇性，可在Selectivity頁面規(guī)定所選擇的產(chǎn)品組分和參考的反應(yīng)物組分。規(guī)定選擇性參考組分1.3 化學(xué)計量反應(yīng)器RStoic所選擇的組分P

13、對參考組分A的選擇性規(guī)定為P選擇組分P的摩爾數(shù)改變量；A參考組分A的摩爾數(shù)改變量；下標(biāo)Real表示反應(yīng)器中的實際情況；下標(biāo)Ideal表示一個理想反應(yīng)系統(tǒng)的情況。1.3 化學(xué)計量反應(yīng)器RStoic在多數(shù)情況下，選擇性在0和1之間。如果所選擇的組分由參考組分以外的其它組分生成，選擇性會大于1；如果所選擇的組分在其它反應(yīng)中消耗，選擇性可能會小于0。轉(zhuǎn)化率定義：關(guān)鍵組分A反應(yīng)掉的物質(zhì)的量與其開始時物質(zhì)的量之比。注意：如果反應(yīng)物不只是一種，針對不同反應(yīng)物計算出來為x不一定相同。收率與選擇性收率：轉(zhuǎn)化率、收率、選擇性之間的關(guān)系為：Y=xs1.3 化學(xué)計量反應(yīng)器RStoic5、粒度分布和組分屬性 當(dāng)反應(yīng)生成

14、固體或固體改變時，可以分別在Attr.頁面和PSD頁面規(guī)定組分屬性和粒子的尺寸分布。1.3 化學(xué)計量反應(yīng)器RStoic例1.1 甲烷與水蒸汽在鎳催化劑下的轉(zhuǎn)化反應(yīng)為：原料氣中甲烷與水蒸汽的摩爾比為14，流量為100 kmol/hr。 a). 若反應(yīng)在恒壓及等溫條件下進行，系統(tǒng)總壓為0.1013 MPa，溫度為750，當(dāng)反應(yīng)器出口處CH4轉(zhuǎn)化率為73%時，CO2和H2的產(chǎn)量是多少？反應(yīng)熱負荷是多少？ b). 若反應(yīng)和原料同示例1.1，若反應(yīng)在恒壓及絕熱條件下進行，系統(tǒng)總壓為0.1013 MPa，反應(yīng)器進口溫度為950 ，當(dāng)反應(yīng)器出口處CH4轉(zhuǎn)化率為73%時，反應(yīng)器出口溫度是多少？ 1.3 化學(xué)計

15、量反應(yīng)器RStoic例1.1c). 在示例1.1中增加甲烷部分氧化反應(yīng)如下式：并在原料氣中加入15 kmol/hr的氧氣。若上述兩個反應(yīng)中CH4轉(zhuǎn)化率均為43%時， 產(chǎn)品物流中CO、 H2O、CO2 和H2的流量各是多少？如果將反應(yīng)設(shè)為串聯(lián)進行，上述流量又各是多少？ 以上兩個反應(yīng)的反應(yīng)熱各是多少？ 1.4 產(chǎn)率反應(yīng)器RYield性質(zhì)：產(chǎn)率反應(yīng)器RYield可以模擬化學(xué)計量系數(shù)和反應(yīng)動力學(xué)數(shù)據(jù)未知或不重要的反應(yīng)，根據(jù)每一種產(chǎn)與輸入物流間的產(chǎn)率關(guān)系進行反應(yīng)，只考慮總質(zhì)量平衡，不考慮元素平衡。用途：只知化學(xué)反應(yīng)式和各產(chǎn)物間的相對產(chǎn)率，不知化學(xué)計量關(guān)系。1.4 產(chǎn)率反應(yīng)器RYield1.4 產(chǎn)率反應(yīng)器

16、RYieldRYield模塊的連接圖如下：1.4 產(chǎn)率反應(yīng)器RYieldRYield模塊有六組模型參數(shù)：1、模型設(shè)定 (Specifications)2、產(chǎn)率 (Yield)3、閃蒸選項 (Flash Options)4、粒度分布 (PSD)5、組分屬性 (Comp. Attr.)6、組分映射 (Comp. Mapping)1.4 產(chǎn)率反應(yīng)器RYield1、模型設(shè)定(Specifications)包括操作條件和有效相態(tài)。操作條件有效相態(tài)1.4 產(chǎn)率反應(yīng)器RYield2、產(chǎn)率 (Yield)產(chǎn)率設(shè)置有四個選項可選：組分產(chǎn)率（Component yields）組分映射（Component mapp

17、ing）石油餾分表征（Petro characterization）用戶子程序（User Subroutine）1.4 產(chǎn)率反應(yīng)器RYield當(dāng)選擇組分產(chǎn)率選項時，對于反應(yīng)產(chǎn)物中的每一個組分進行產(chǎn)率規(guī)定。計算的產(chǎn)率基于每單位質(zhì)量的總進料被圓整，以維持整體的物料平衡，因此產(chǎn)率規(guī)定只是建立了一個產(chǎn)率分布，而不是絕對產(chǎn)率。1.4 產(chǎn)率反應(yīng)器RYield當(dāng)規(guī)定了惰性組分（Inert Components）后，產(chǎn)率是以單位質(zhì)量的非惰性進料為基礎(chǔ)計算的1.4 產(chǎn)率反應(yīng)器RYield當(dāng)選擇組分映射選項時，需在Comp. Mapping頁面設(shè)置各種結(jié)合（Lump）反應(yīng)和分解（De-lump）反應(yīng)所涉及的組分之

18、間的定量關(guān)系。當(dāng)反應(yīng)生成固體或固體改變時，可以在Comp. Attr.頁面和PSD頁面分別規(guī)定它們的組分屬性和粒子尺寸。集總分解集總組合1.4 產(chǎn)率反應(yīng)器RYield1.4 產(chǎn)率反應(yīng)器RYield例1.2 已知反應(yīng)CH4+2H2OCO2+4H2，進料中甲烷、水蒸汽的流率分別為20kmol/hr、80kmol/hr，進料溫度為750，壓力為0.1013MPa。反應(yīng)在恒溫恒壓條件下進行，溫度、壓力與進料相同，反應(yīng)器出口物流中CH4:H2O:CO2:H2的摩爾比為1:6:1:4。物性方法選用PENG-ROB。a) 問反應(yīng)器熱負荷為多少？CO2和H2的流率分別為多少？b) 若在示例a) 的原料氣中加入

19、 25 kmol/hr 氮氣，其余條件不變，計算結(jié)果會發(fā)生什么變化？ c) 以示例b) 的結(jié)果為基礎(chǔ)，在 Ryied 模塊的產(chǎn)率設(shè)置項中將氮氣設(shè)置為惰性組份，重新計算，結(jié)果如何？1.5平衡反應(yīng)器REquil平衡反應(yīng)器REquil按照化學(xué)反應(yīng)方程式中的計量關(guān)系進行反應(yīng)計算，同時計算相平衡和化學(xué)平衡，不考慮反應(yīng)動力學(xué)。平衡反應(yīng)器REquil能夠模擬單相和兩相反應(yīng)，不能進行三相計算。1.5平衡反應(yīng)器REquil1.5平衡反應(yīng)器REquilREquil模塊的連接圖如下：1.5平衡反應(yīng)器REquilREquil 模塊有四組模型參數(shù)：1、模型設(shè)定 (Specifications)2、化學(xué)反應(yīng) (React

20、ions)3、收斂 (Convergence)4、液沫夾帶 (Entrainment)1.5 平衡反應(yīng)器REquil1、模型設(shè)定 (Specifications)包括操作條件和有效相態(tài)。操作條件有效相態(tài)1.5平衡反應(yīng)器REquil2、化學(xué)反應(yīng) (Reactions)需要規(guī)定在反應(yīng)器中發(fā)生的反應(yīng)，對每個反應(yīng)指定化學(xué)計量系數(shù)。1.5平衡反應(yīng)器REquilREquil由Gibbs自由能計算平衡常數(shù)，可以通過規(guī)定產(chǎn)物生成比速率或趨近平衡溫度來限制平衡。產(chǎn)物生成比速率Extend=速率/化學(xué)計量系數(shù)趨近平衡溫度（Temperature Approach）=反應(yīng)溫度+趨近平衡溫度1.5平衡反應(yīng)器REqui

21、l1.5平衡反應(yīng)器REquil平衡反應(yīng)器REquil處理常規(guī)的固體時，把每個特定的固體視為一個單獨的純固相。不參加反應(yīng)的固體，包括非常規(guī)的組分，被視為惰性成分。這些固體不影響化學(xué)平衡，只影響能量平衡。1.5平衡反應(yīng)器REquil3、液沫夾帶 (Entrainment)當(dāng)有效相態(tài)為氣-液兩相時，可以規(guī)定液沫夾帶。1.5平衡反應(yīng)器REquil例1.3 由甲醇生產(chǎn)氫氣的反應(yīng)如下：CH4O2H2+CO；CO+H2OH2+CO2進料流率為100kmol/hr；其中甲醇與水的摩爾比為1:4；進料溫度為232，壓力為0.1013MPa；反應(yīng)器溫度為232，壓力為0.1013MPa；物性方法選用PENG-RO

22、B。當(dāng)反應(yīng)達到平衡時，氫氣產(chǎn)品的流率為多少？反應(yīng)熱負荷是多少？1.6吉布斯反應(yīng)器RGibbsRGibbs根據(jù)系統(tǒng)Gibbs自由能趨于最小的原則，計算同時達到化學(xué)平衡和相平衡時的情況。不要求規(guī)定反應(yīng)的化學(xué)計量系數(shù)，可以應(yīng)用于發(fā)生的反應(yīng)未知或由于有許多組分參與反應(yīng)致使反應(yīng)數(shù)量很多的情況。吉布斯反應(yīng)器RGibbs是唯一能處理汽-液-固相平衡的反應(yīng)器模塊。1.6吉布斯反應(yīng)器RGibbs1.6吉布斯反應(yīng)器RGibbsRGibbs模塊的連接圖如下：1.6吉布斯反應(yīng)器RGibbsRGibbs 模塊有五組模型參數(shù)：1、模型設(shè)定 (Specifications)2、產(chǎn)物 (Products)3、指定物流 (As

23、sign Steams) 4、惰性物 (Inerts)5、限制平衡 (Restricted Equilibrium)1.6吉布斯反應(yīng)器RGibbs1、模型設(shè)定 (Specifications)包括操作條件、計算選項和存在的相態(tài)數(shù)。操作條件計算選項相態(tài)1.6吉布斯反應(yīng)器RGibbs計算選項可選擇僅計算相平衡、同時計算化學(xué)平衡和相平衡、或受限制的化學(xué)平衡。1.6吉布斯反應(yīng)器RGibbs2、產(chǎn)物 (Products)系統(tǒng)中所有的組分都可以是產(chǎn)物；指定可能的產(chǎn)物組分；定義產(chǎn)物存在的相態(tài)。 由于不用輸入反應(yīng)，所以需要規(guī)定產(chǎn)物的情況：1.6吉布斯反應(yīng)器RGibbs2、產(chǎn)物 (Products)系統(tǒng)中所有的

24、組分都可以是產(chǎn)物；1.6吉布斯反應(yīng)器RGibbs2、產(chǎn)物 (Products)指定可能的產(chǎn)物組分；1.6吉布斯反應(yīng)器RGibbs2、產(chǎn)物 (Products)定義產(chǎn)物存在的相態(tài)。 1.6吉布斯反應(yīng)器RGibbs3、指定物流 (Assign Steams) 可以選擇自動指定出口物流相態(tài)，或使用關(guān)鍵組分和截尾摩爾分率指定出口物流相態(tài)。1.6吉布斯反應(yīng)器RGibbs4、惰性物 (Inerts)如果有不參加反應(yīng)的惰性組分，可以在Inerts頁面規(guī)定哪些組分為惰性組分，以及該組分不參加反應(yīng)的摩爾流率或分率。1.6吉布斯反應(yīng)器RGibbs5、限制平衡 (Restricted Equilibrium)可以通

25、過設(shè)定整個系統(tǒng)的趨近平衡溫度，或分別指定各個化學(xué)反應(yīng)的趨近平衡溫度來限制平衡。1.6吉布斯反應(yīng)器RGibbs例1.4 由甲醇生產(chǎn)氫氣的反應(yīng)如下：CH4O2H2+CO；CO+H2OH2+CO2進料流率為100kmol/hr；其中甲醇與水的摩爾比為1:4；進料溫度為232，壓力為0.1013MPa；反應(yīng)器溫度為232，壓力為0.1013MPa；物性方法選用PENG-ROB。當(dāng)反應(yīng)達到平衡時，氫氣產(chǎn)品的流率為多少？反應(yīng)熱負荷是多少？比較REquil模塊與RGibbs模塊的計算結(jié)果。1.7 化學(xué)反應(yīng)對象化學(xué)反應(yīng)對象可以用于動力學(xué)反應(yīng)器（RCSTR、RPlug、RBatch）和反應(yīng)精餾（RadFrac）

26、的計算?；瘜W(xué)反應(yīng)對象是獨立于反應(yīng)器模塊或塔模塊的，可以同時應(yīng)用于多個模塊中。建立新的化學(xué)反應(yīng)對象需要輸入反應(yīng)ID并選擇對象類型，常用的對象類型有三種：1.7 化學(xué)反應(yīng)對象 LHHW型（Langmuir-Hinshelwood-Hougen-Watson）；指數(shù)型（Power Law）；反應(yīng)精餾型（Reac-Dist）。反應(yīng)類型有兩種：動力學(xué)（Kinetic）和平衡型（Equilibrium）需輸入反應(yīng)物（Reactants）、產(chǎn)物（Products）以及對應(yīng)的化學(xué)計量系數(shù)（Coefficient）。對于指數(shù)型反應(yīng)對象，還要輸入動力學(xué)方程式中每個組分的指數(shù)（Exponent），若不輸入則默認為0

27、，即反應(yīng)速率的大小與該組分無關(guān)。1.7 化學(xué)反應(yīng)對象1.7 化學(xué)反應(yīng)對象反應(yīng)類型反應(yīng)物產(chǎn)物1.7 化學(xué)反應(yīng)對象如果反應(yīng)類型（Reaction type）選擇Kinetic，在Kinetic頁面，需要規(guī)定反應(yīng)相態(tài)、反應(yīng)速率控制基準(zhǔn)、動力學(xué)參數(shù)以及濃度基準(zhǔn)。指數(shù)型：反應(yīng)動力學(xué)常數(shù)(Kinetic factor， k)，它與溫度的關(guān)系用修正的Arrhenius方程表示：1.7 化學(xué)反應(yīng)對象選擇化學(xué)計量方程反應(yīng)相態(tài)反應(yīng)速率控制基準(zhǔn)動力學(xué)參數(shù)1.7 化學(xué)反應(yīng)對象LHHW型的反應(yīng)動力學(xué)方程：動力學(xué)常數(shù)仍用修正的Arrhenius方程表示：1.7 化學(xué)反應(yīng)對象選擇化學(xué)計量方程反應(yīng)相態(tài)反應(yīng)速率控制基準(zhǔn)動力學(xué)參

28、數(shù)1.7 化學(xué)反應(yīng)對象點擊Driving force，進入如下頁面。1.7 化學(xué)反應(yīng)對象Term1和Term2分別代表正反應(yīng)和逆反應(yīng)的推動力。推動力表達式為： Driving force expression1.7 化學(xué)反應(yīng)對象點擊Adsorption，進入如下頁面。1.7 化學(xué)反應(yīng)對象吸附表達式為：Adsorption expression如果不存在吸附過程的影響，則只需令m=0即可。1.7 化學(xué)反應(yīng)對象如果反應(yīng)類型（Reaction type）選擇Equilibrium，在Equilibrium頁面需要規(guī)定反應(yīng)相態(tài)、趨近平衡溫度，還需要選擇平衡常數(shù)的計算方法：Gibbs energies或

29、built-in expression1.7 化學(xué)反應(yīng)對象選擇化學(xué)計量方程反應(yīng)相態(tài)趨緊平衡溫度平衡常數(shù)的計算1.7 化學(xué)反應(yīng)對象另外，還可以使用用戶提供的動力學(xué)子程序來計算反應(yīng)速率，在ReactionsReactions頁面創(chuàng)建一個新反應(yīng)ID，在Create New ID對話框中，選擇對象類型為USER，在Subroutine頁面規(guī)定Fortran子程序名稱及相關(guān)參數(shù)。1.8 全混釜反應(yīng)器RCSTR全混釜反應(yīng)器RCSTR可以模擬達到理想混合的連續(xù)攪拌釜式反應(yīng)器；要求已知化學(xué)反應(yīng)式、動力學(xué)方程和平衡關(guān)系；可模擬單相、兩相或三相體系，并可處理固體；可同時計算動力學(xué)控制和平衡控制兩類反應(yīng)。1.8 全

30、混釜反應(yīng)器RCSTR1.8 全混釜反應(yīng)器RCSTRRCSTR模塊的連接圖如下：1.8 全混釜反應(yīng)器RCSTRRCSTR 模塊有七組模型參數(shù)：1、模型設(shè)定 (Specifications)2、產(chǎn)品物流 (Streams)3、化學(xué)反應(yīng)(Reactions) 4、粒度分布 (PSD)5、組分屬性 (Component Attr.)6、公用工程(Utility)7、催化劑(Catalyst)1.8 全混釜反應(yīng)器RCSTR1、模型設(shè)定 (Specifications)需要設(shè)定操作條件 (Operation Conditions)和持料狀態(tài) (Holdup)。操作條件包括：反應(yīng)器壓力、溫度或者熱負荷；持料

31、狀態(tài)包括：有效相態(tài)（Valid phases）、反應(yīng)器體積（Reactor volume）或停留時間（Residence time）等設(shè)定方式。1.8 全混釜反應(yīng)器RCSTR1.8 全混釜反應(yīng)器RCSTR2、產(chǎn)品物流 (Streams)當(dāng)有兩股或兩股以上產(chǎn)品物流時應(yīng)該在該欄設(shè)置各產(chǎn)品物流的出口相態(tài)。1.8 全混釜反應(yīng)器RCSTR3、化學(xué)反應(yīng)(Reactions)RCSTR中的化學(xué)反應(yīng)通過選用預(yù)定義的化學(xué)反應(yīng)對象來設(shè)定。1.8 全混釜反應(yīng)器RCSTR4、催化劑(Catalyst)當(dāng)存在催化劑時，需在該頁面設(shè)定催化劑裝填量(Catalyst loading)、床層孔隙率(Bed voidage)或

32、顆粒密度(Particle density)。1.8 全混釜反應(yīng)器RCSTR例1.5 乙酸乙酯的平衡反應(yīng)式為：基于摩爾濃度的反應(yīng)平衡常數(shù)為K，lnK=1.335。進料為0.1013MPa下的飽和液體，其中，水、乙醇、乙酸的流率分別為736kmol/h、218 kmol/h、225kmol/h，全混釜反應(yīng)器的體積為21000L，溫度為60，壓力為0.1013MPa，化學(xué)反應(yīng)對象選用指數(shù)型。物性方法選用NRTL-HOC。求產(chǎn)品乙酸乙酯的流率為多少？甲醛和氨按照以下化學(xué)反應(yīng)生成烏洛托品：例1.6 烏洛托品生產(chǎn)反應(yīng)速率方程式如下： 式中： 反應(yīng)器容積為 5 m3，裝填系數(shù)為 0.6，輸入氮氣作為保護氣

33、體。為了保證釜內(nèi)的惰性環(huán)境，輸入氮氣量應(yīng)該使出釜物料的氣相分率保持在 0.001 左右。加料氨水的濃度為 4.1 kmol/m3，流量為 32.5 m3/hr。加料甲醛水溶液的濃度為 6.3 kmol/m3，流量為32.5 m3/hr。求 35 C 下烏洛托品的產(chǎn)量和輸入氮氣流量 ，并分析反應(yīng)溫度在 2060 C 范圍里對甲醛轉(zhuǎn)化率的影響。 1.9 平推流反應(yīng)器RPlug平推流反應(yīng)器RPlug可以模擬軸向沒有返混、徑向完全混合的理想平推流反應(yīng)器。該模塊只能計算動力學(xué)控制的反應(yīng)，要求已知化學(xué)反應(yīng)式和動力學(xué)方程?？赡M單相、兩相或三相體系，并可處理固體，也可以模擬帶冷卻劑物流的反應(yīng)器。1.9 平推

34、流反應(yīng)器RPlug1.9 平推流反應(yīng)器RPlugRPlug模塊的連接圖如下：1.9 平推流反應(yīng)器RPlugRCSTR 模塊有八組模型參數(shù)：1、模型設(shè)定 (Specifications)2、反應(yīng)器構(gòu)型 (Configuration)3、產(chǎn)品物流 (Streams)4、化學(xué)反應(yīng)(Reactions) 5、壓力(Pressure)6、持液量(Holdup)7、催化劑(Catalyst)8、反應(yīng)器直徑(Diameter)1.9 平推流反應(yīng)器RPlug1、模型設(shè)定 (Specifications)需要指定平推流反應(yīng)器RPlug的類型，輸入對應(yīng)的反應(yīng)器條件（如果帶有冷卻劑，則包括冷卻劑參數(shù)）。平推流反應(yīng)器

35、RPlug的類型包括：指定溫度的反應(yīng)器（Reactor with specified temperature）、絕熱反應(yīng)器（Adiabatic reactor）、恒定冷卻劑溫度的反應(yīng)器（Reactor with constant coolant temperature）、與冷卻劑并流換熱的反應(yīng)器（Reactor with co-current coolant）、與冷卻劑逆流換熱的反應(yīng)器（Reactor with counter-current coolant）等。1.9 平推流反應(yīng)器RPlug反應(yīng)器類型操作條件1.9 平推流反應(yīng)器RPlug2、反應(yīng)器構(gòu)型 (Configuration)包括反應(yīng)管長度、直徑、根數(shù)以及物流和冷卻劑的有效相態(tài)等。反應(yīng)管參數(shù)有效相