AspenPlu反應(yīng)器模擬介紹

AspenPlus使用方法ReactorModels

反應(yīng)器模塊1精選課件反應(yīng)器模塊的類別生產(chǎn)能力類反應(yīng)器（2種）熱力學(xué)平衡類反應(yīng)器（2種）化學(xué)動(dòng)力學(xué)類反應(yīng)器（3種）分為三大類七種反應(yīng)器：2精選課件生產(chǎn)能力類反應(yīng)器1、化學(xué)計(jì)量反應(yīng)器（RStoic） StoichiometricReactor2、產(chǎn)率反應(yīng)器（RYield） YieldReactor由用戶指定生產(chǎn)能力，不考慮熱力學(xué)可能性和動(dòng)力學(xué)可行性。包含兩種反應(yīng)器。3精選課件RStoic—化學(xué)計(jì)量反應(yīng)器性質(zhì)：按照化學(xué)反應(yīng)方程式中的計(jì)量關(guān)系進(jìn)行反應(yīng)，有并行反應(yīng)和串聯(lián)反應(yīng)兩種方式，分別指定每一反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率或產(chǎn)量。用途：已知化學(xué)反應(yīng)方程式和每一反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率或產(chǎn)量，不知化學(xué)動(dòng)力學(xué)關(guān)系。4精選課件RStoic—連接5精選課件RStoic——

模型參數(shù)RStoic

模塊有六組模型參數(shù)：1、模型設(shè)定(Specifications)2、化學(xué)反應(yīng)(Reactions)3、反應(yīng)熱(HeatofReaction)4、選擇性(Selectivity)5、粒度分布(PSD)6、組分屬性(ComponentAttr.)6精選課件RStoic——

模型設(shè)定模型設(shè)定包含操作條件設(shè)定和有效相態(tài)設(shè)定：1、操作條件

(OperationConditions)(1)壓力；(2)溫度/熱負(fù)荷2、有效相態(tài)(ValidPhases)汽/液/固/汽-液/汽-液-液/液-游離水/汽-液-游離水7精選課件RStoic——

化學(xué)反應(yīng)定義RStoic中進(jìn)行的每一個(gè)化學(xué)反應(yīng)的編號(hào)、化學(xué)計(jì)量關(guān)系、產(chǎn)物生成速率或反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率。并指明計(jì)算多個(gè)反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率時(shí)是否按照串聯(lián)反應(yīng)方式計(jì)算。8精選課件RStoic——反應(yīng)熱設(shè)定反應(yīng)熱的計(jì)算類型：１、不計(jì)算反應(yīng)熱；２、根據(jù)生成熱計(jì)算反應(yīng)熱；３、用戶指定反應(yīng)熱。9精選課件RStoic——選擇性選擇性定義為：△P代表選定組分(selected)P的生成摩爾數(shù)；△A代表參照組分(reference)A的消耗摩爾數(shù)；real代表反應(yīng)器內(nèi)的實(shí)際情況；ideal代表只有A→P一個(gè)反應(yīng)發(fā)生時(shí)的情況。10精選課件RStoic—示例（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1

4，流量為100kmol/hr。若反應(yīng)在恒壓及等溫條件下進(jìn)行，系統(tǒng)總壓為0.1013MPa，溫度為750℃，當(dāng)反應(yīng)器出口處CH4轉(zhuǎn)化率為73%時(shí)，CO2和H2的產(chǎn)量是多少？反應(yīng)熱負(fù)荷是多少？

11精選課件RStoic—示例（2）反應(yīng)和原料同示例（1），若反應(yīng)在恒壓及絕熱條件下進(jìn)行，系統(tǒng)總壓為0.1013MPa，反應(yīng)器進(jìn)口溫度為950℃，當(dāng)反應(yīng)器出口處CH4轉(zhuǎn)化率為73%時(shí)，反應(yīng)器出口溫度是多少？

12精選課件RYield——產(chǎn)率反應(yīng)器性質(zhì)：根據(jù)每一種產(chǎn)與輸入物流間的產(chǎn)率關(guān)系進(jìn)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(duì)產(chǎn)率，不知化學(xué)計(jì)量關(guān)系。13精選課件RYield——連接14精選課件RYield——

模型參數(shù)RYield

模塊有五組模型參數(shù)：1、模型設(shè)定(Specifications)2、產(chǎn)率(Yield)3、閃蒸選項(xiàng)(FlashOptions)4、粒度分布(PSD)5、組分屬性(ComponentAttr.)15精選課件RYield——

模型設(shè)定模型設(shè)定包含操作條件設(shè)定和有效相態(tài)設(shè)定：1、操作條件

(OperationConditions)(1)壓力；(2)溫度/熱負(fù)荷2、有效相態(tài)(ValidPhases)汽/液/固/汽-液/汽-液-液/液-游離水/汽-液-游離水16精選課件RYield——

產(chǎn)率指定相對(duì)于每一單位質(zhì)量非惰性進(jìn)料而言，RYield出口物流中各種組分間的相對(duì)產(chǎn)率。并設(shè)定進(jìn)料中的惰性組分。17精選課件RYield—示例（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1

4，流量為100kmol/hr。反應(yīng)在恒壓及等溫條件下進(jìn)行，系統(tǒng)總壓為0.1013MPa，溫度為750℃，如果反應(yīng)器出口物流中摩爾比率CH4

H2O:CO2:H2等于1:2:3:4時(shí)，CO2和H2的產(chǎn)量是多少？需要移走的反應(yīng)熱負(fù)荷是多少？此結(jié)果是否滿足總質(zhì)量平衡？是否滿足元素平衡？18精選課件RYield—示例（2）若在示例（1）的原料氣中加入25kmol/hr氮?dú)?，其余條件不變，計(jì)算結(jié)果會(huì)發(fā)生什么變化？

19精選課件RYield—示例（3）以示例（2）的結(jié)果為基礎(chǔ)，在Ryied模塊的產(chǎn)率設(shè)置項(xiàng)中將氮?dú)庠O(shè)置為惰性組份，重新計(jì)算，結(jié)果如何？

20精選課件熱力學(xué)平衡類反應(yīng)器1、平衡反應(yīng)器（REquil） EquilibriumReactor2、吉布斯反應(yīng)器（RGibbs） GibbsReactor根據(jù)熱力學(xué)平衡條件計(jì)算反應(yīng)結(jié)果，不考慮動(dòng)力學(xué)可行性。包含兩種反應(yīng)器。21精選課件REquil——平衡反應(yīng)器性質(zhì)：根據(jù)化學(xué)反應(yīng)方程式進(jìn)行反應(yīng)，按照化學(xué)平衡關(guān)系式達(dá)到化學(xué)平衡，并同時(shí)達(dá)到相平衡。用途：已知反應(yīng)歷程和平衡反應(yīng)的反應(yīng)方程式，不考慮動(dòng)力學(xué)可行性，計(jì)算同時(shí)達(dá)到化學(xué)平衡和相平衡的結(jié)果。22精選課件REquil——連接23精選課件REquil——

模型參數(shù)REquil

模塊有四組模型參數(shù)：1、模型設(shè)定(Specifications)2、化學(xué)反應(yīng)(Reactions)3、收斂(Convergence)4、液沫夾帶(Entrainment)24精選課件REquil——

模型設(shè)定模型設(shè)定包含操作條件設(shè)定和有效相態(tài)設(shè)定：1、操作條件

(OperationConditions)(1)壓力；(2)溫度/熱負(fù)荷2、有效相態(tài)(ValidPhases)汽/液/固/汽-液/汽-液-液/液-游離水/汽-液-游離水25精選課件REquil——

化學(xué)反應(yīng)定義REquil中進(jìn)行的每一個(gè)化學(xué)反應(yīng)的編號(hào)、化學(xué)計(jì)量關(guān)系、產(chǎn)物生成比速率(Extend)或趨近平衡溫度(TemperatureApproach)。比速率=速率/化學(xué)計(jì)量系數(shù)趨近平衡溫度=△T意指在T+

△T下計(jì)算化學(xué)反應(yīng)平衡。26精選課件REquil—示例（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1

4，流量為100kmol/hr。若反應(yīng)在恒壓及等溫條件下進(jìn)行，系統(tǒng)總壓為0.1013MPa，溫度為750℃，當(dāng)反應(yīng)器出口處達(dá)到平衡時(shí)，CO2和H2的產(chǎn)量是多少？反應(yīng)熱負(fù)荷是多少？

27精選課件REquil—示例（2）分析示例（1）中反應(yīng)溫度在300~1000℃范圍變化時(shí)對(duì)反應(yīng)器出口物流CH4質(zhì)量分率的影響。

28精選課件REquil—示例（3）將示例(1)中的反應(yīng)溫度設(shè)為1000℃，分別分析反應(yīng)(1)和反應(yīng)(2)的趨近平衡溫度在–200~0℃范圍變化時(shí)對(duì)反應(yīng)器出口物流CH4質(zhì)量分率和CO/CO2摩爾比的影響。29精選課件RGibbs—吉布斯反應(yīng)器性質(zhì)：根據(jù)系統(tǒng)的Gibbs自由能趨于最小值的原則，計(jì)算同時(shí)達(dá)到化學(xué)平衡和相平衡時(shí)的系統(tǒng)組成和相分布。用途：已知化學(xué)反應(yīng)式，不知道反應(yīng)歷程和動(dòng)力學(xué)可行性，估算可能達(dá)到的化學(xué)平衡和相平衡結(jié)果。30精選課件RGibbs——連接31精選課件RGibbs——

模型參數(shù)RGibbs

模塊有五組模型參數(shù)：1、模型設(shè)定(Specifications)2、產(chǎn)物(Products)3、物流指定(AssignSteams)4、惰性物(Inerts)5、限制平衡(RestrictedEquilibrium)32精選課件RGibbs——

模型設(shè)定模型設(shè)定包含操作條件、計(jì)算選項(xiàng)和相態(tài)設(shè)定：1、操作條件

(OperationConditions)(1)壓力；(2)溫度/熱負(fù)荷2、計(jì)算選項(xiàng)(CalculationOptions)僅計(jì)算相平衡/同時(shí)計(jì)算化學(xué)平衡和相平衡/是否限制化學(xué)平衡3、相態(tài)(Phases)輸入存在的相態(tài)數(shù)。33精選課件RGibbs——

產(chǎn)物有三種選擇：1、系統(tǒng)中的所有組分都可以是產(chǎn)物；

2、指定可能的產(chǎn)物組分；3、定義產(chǎn)物存在的相態(tài)。34精選課件RGibbs——

限制平衡有兩種選擇：1、設(shè)定整個(gè)系統(tǒng)的趨近平衡溫度；

2、指定各個(gè)化學(xué)反應(yīng)趨近平衡的溫度，需要知道化學(xué)反應(yīng)方程式。35精選課件RGibbs—示例（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1

4，流量為100kmol/hr。若反應(yīng)在恒壓及等溫條件下進(jìn)行，系統(tǒng)總壓為0.1013MPa，溫度為750℃，當(dāng)反應(yīng)器出口處達(dá)到平衡時(shí)，CO2和H2的產(chǎn)量是多少？反應(yīng)熱負(fù)荷是多少？與REquil的結(jié)果進(jìn)行比較。

36精選課件RGibbs—示例（2）若在示例(1)中的原料氣中加入25kmol/hr的氮?dú)?，并考慮氮與氫結(jié)合生成氨的副反應(yīng)，求反應(yīng)器出口物流中CH4和NH3的質(zhì)量分率。如果將氮設(shè)為惰性組份，結(jié)果有什么變化？37精選課件化學(xué)動(dòng)力學(xué)類反應(yīng)器1、全混釜反應(yīng)器（RCSTR） ContinuousStirredTankReactor2、平推流反應(yīng)器（RPlug） PlugFlowReactor3、間歇釜反應(yīng)器（RBatch) BatchReactor根據(jù)化學(xué)動(dòng)力學(xué)計(jì)算反應(yīng)結(jié)果。包含三種反應(yīng)器。38精選課件RCSTR—全混釜反應(yīng)器性質(zhì)：釜內(nèi)達(dá)到理想混合。可模擬單、兩、三相的體系，并可處理固體?？赏瑫r(shí)處理動(dòng)力學(xué)控制和平衡控制兩類反應(yīng)。用途：已知化學(xué)反應(yīng)式、動(dòng)力學(xué)方程和平衡關(guān)系，計(jì)算所需的反應(yīng)器體積和反應(yīng)時(shí)間，以及反應(yīng)器熱負(fù)荷。39精選課件RCSTR——

連接40精選課件RCSTR——

模型參數(shù)RCSTR模塊有兩組模型參數(shù)：1、操作條件(OperationConditions)1)壓力(Pressure)2)溫度/熱負(fù)荷(Temperature/HeatDuty)2、持料狀態(tài)(Holdup)1)有效相態(tài)(ValidPhases)2)設(shè)定方式(SpecificationType)41精選課件RCSTR——

設(shè)定方式設(shè)定方式有7個(gè)可選項(xiàng)：1、反應(yīng)器體積(ReactorVolume)只需輸入反應(yīng)器的體積。2、停留時(shí)間(ResidenceTime)只需輸入物料在反應(yīng)器中的平均停留時(shí)間。3、反應(yīng)器體積和相體積

(ReactorVolume&PhaseVolume)必須輸入反應(yīng)器體積和氣相/凝聚相所占的體積。4、反應(yīng)器體積和相體積分率

(ReactorVolume&PhaseVolumeFraction)必須輸入反應(yīng)器體積和氣相/凝聚相所占的體積分率。5、反應(yīng)器體積和相停留時(shí)間

(ReactorVolume&PhaseResidenceTime)必須輸入反應(yīng)器體積和氣相/凝聚相在反應(yīng)器中的停留時(shí)間。6、停留時(shí)間和相體積分率

(ResidenceTime&PhaseVolumeFraction)必須輸入物料在反應(yīng)器中的總平均停留時(shí)間和氣相/凝聚相所占的體積分率。7、相停留時(shí)間和體積分率

(PhaseResidenceTime&VolumeFraction)必須輸入氣相/凝聚相在反應(yīng)器中的停留時(shí)間和所占的體積分率。42精選課件RCSTR——

選擇反應(yīng)RCSTR中的化學(xué)反應(yīng)通過(guò)選用預(yù)定義的化學(xué)反應(yīng)對(duì)象來(lái)設(shè)定。43精選課件Reactions—化學(xué)反應(yīng)對(duì)象用途：為三類動(dòng)力學(xué)反應(yīng)器模塊和RadFrac

模塊提供反應(yīng)的計(jì)量關(guān)系、平衡關(guān)系和動(dòng)力學(xué)關(guān)系。44精選課件Reactions——對(duì)象類型創(chuàng)建化學(xué)反應(yīng)對(duì)象時(shí)，需賦予對(duì)象ID和選擇對(duì)象類型。我們可用的類型有三種：1、LHHW型

(Langmuir-Hinshelwood-Hougen-Watson)2、冪律型(PowerLaw)3、反應(yīng)精餾型(Reac-Dist)45精選課件Reactions——反應(yīng)設(shè)定每一個(gè)化學(xué)反應(yīng)對(duì)象可以包含多個(gè)化學(xué)反應(yīng)，每個(gè)反應(yīng)都要設(shè)定計(jì)量學(xué)參數(shù)和動(dòng)力學(xué)參數(shù)/平衡參數(shù)。1、計(jì)量學(xué)參數(shù)(Stoichiometry)2、動(dòng)力學(xué)參數(shù)(Kinetic)3、平衡參數(shù)(Equilibrium)46精選課件Reactions——計(jì)量學(xué)參數(shù)在計(jì)量學(xué)表單中為每一個(gè)化學(xué)反應(yīng)創(chuàng)建一個(gè)對(duì)象，并選擇對(duì)象類型為動(dòng)力學(xué)(Kinetic)或平衡(Equilibrium)型。輸入反應(yīng)方程式中的化學(xué)計(jì)量系數(shù)，對(duì)于冪律型反應(yīng)對(duì)象，還要輸入動(dòng)力學(xué)方程式中每一個(gè)濃度因子的冪指數(shù)。47精選課件Reactions—?jiǎng)恿W(xué)參數(shù)(1)在動(dòng)力學(xué)表單中為每一個(gè)化學(xué)反應(yīng)輸入反應(yīng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)。冪律型：反應(yīng)動(dòng)力學(xué)因子即反應(yīng)速率常數(shù)k’

，它與溫度的關(guān)系用修正的Arrhenius方程表示：48精選課件Reactions—?jiǎng)恿W(xué)參數(shù)(2)LHHW型的反應(yīng)速率方程：49精選課件RCSTR—示例（1）甲醛和氨按照以下化學(xué)反應(yīng)生成烏洛托品：反應(yīng)器容積為5m3，裝填系數(shù)為0.6，輸入氮?dú)庾鳛楸Ｗo(hù)氣體。為了保證釜內(nèi)的惰性環(huán)境，輸入氮?dú)饬繎?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4.1kmol/m3，流量為32.5m3/hr。加料甲醛水溶液的濃度為6.3kmol/m3，流量為32.5m3/hr。求35

C下烏洛托品的產(chǎn)量和輸入氮?dú)饬髁?，并分析反?yīng)溫度在20~60

C范圍里對(duì)甲醛轉(zhuǎn)化率的影響。

反應(yīng)速率方程式如右：

式中：

50精選課件RPlug—平推流反應(yīng)器性質(zhì)：反應(yīng)器內(nèi)完全沒(méi)有返混?？赡M單、兩、三相的體系。只能處理動(dòng)力學(xué)控制反應(yīng)。可模擬換熱夾套。用途：已知化學(xué)反應(yīng)式和動(dòng)力學(xué)方程，計(jì)算所能達(dá)到的轉(zhuǎn)化率，或所需的反應(yīng)器體積，以及反應(yīng)器熱負(fù)荷。51精選課件RPlug——

連接(1)52精選課件RPlug——

連接(2)53精選課件RPlug——

模型參數(shù)RPlug模塊有四組模型參數(shù)：1、模型設(shè)定(Specifications)2、反應(yīng)器構(gòu)型(Configuration)3、化學(xué)反應(yīng)(Reactions)4、壓力(Pressure)54精選課件RPlug——

模型設(shè)定設(shè)定反應(yīng)器類型，共有五種類型：1、指定溫度的反應(yīng)器(Reactorwithspecifiedtemperature)，有三種方式設(shè)定操作條件：1)進(jìn)料溫度下的恒溫(Constantatinlettemperature)2)指定反應(yīng)器溫度(Constantatspecifiedreactortemperature)3)溫度剖形(TemperatureProfile)，指定沿反應(yīng)器長(zhǎng)度的溫度分布2、絕熱反應(yīng)器(AdiabaticReactor)3、恒定冷卻劑溫度的反應(yīng)器)，設(shè)定傳熱系數(shù)和冷卻劑溫度。4、與冷卻劑并流換熱的反應(yīng)器(Reactorwithco-currentcoolant)，設(shè)定傳熱系數(shù)。5、與冷卻劑逆流換熱的反應(yīng)器(Reactorwithcounter-currentcoolant)，設(shè)定傳熱系數(shù)。55精選課件RPlug——

反應(yīng)器構(gòu)型反應(yīng)器構(gòu)型需要輸入反應(yīng)器中反應(yīng)管的根數(shù)、反應(yīng)管的長(zhǎng)度和直徑，并指定有效相態(tài)。56精選課件RPlug—示例（1）丁二烯和乙烯合成環(huán)己烯的化學(xué)反應(yīng)方程式如下：反應(yīng)器長(zhǎng)5米、內(nèi)徑0.5米，壓降可忽略。加料為丁二烯和乙烯的等摩爾常壓混合物，溫度為440

C。如果反應(yīng)在絕熱條件下進(jìn)行，要求丁二烯的轉(zhuǎn)化率達(dá)到12%，試求環(huán)己烯的產(chǎn)量。

反應(yīng)速率方程式如右：式中：57精選課件RPlug—示例（2）作出示例(1)中溫度和環(huán)己烯摩爾分率沿反應(yīng)器長(zhǎng)度的分布圖。分析反應(yīng)器壓力在0.1~1.0MPa范圍內(nèi)對(duì)環(huán)己烯產(chǎn)量的影響。

58精選課件RBatch—間歇釜反應(yīng)器性質(zhì)：間歇或半間歇操作的攪拌釜，釜內(nèi)達(dá)到理想混合。自動(dòng)根據(jù)加料和輔助時(shí)間提供緩沖罐，實(shí)現(xiàn)與連續(xù)過(guò)程的連接。用途：已知化學(xué)反應(yīng)式、動(dòng)力學(xué)方程和平衡關(guān)系，計(jì)算所需的反應(yīng)器體積和反應(yīng)時(shí)間，以及反應(yīng)器熱負(fù)荷。59精選課件RBatch—連接60精選課件RBatch——

模型參數(shù)RBatch模塊有六組模型參數(shù)：1、模型設(shè)定(Specifications)2、化學(xué)反應(yīng)(Reactions)3、停止判據(jù)(StopCriteria)4、操作時(shí)間(OperationTime)5、連續(xù)加料(ContinuousFeeds)6、控制器(Controllers)61精選課件RBatch——

模型設(shè)定模型設(shè)定包含操作設(shè)定、壓力設(shè)定和有效相態(tài)：反應(yīng)器操作設(shè)定

(ReactorOperatingSpecification)有六個(gè)選項(xiàng)供選擇：1、恒溫(ConstantTemperature)2、溫度剖形(TemperatureProfiles)3、恒定熱負(fù)荷(ConstantHeatDuty)4、熱負(fù)荷剖形(HeatDutyProfile)5、恒定冷卻劑溫度(ConstantCoolantTemperature)6、傳熱用戶子程序(HeatTransferUserSubroutine)壓力設(shè)定

(PressureSpecification)有三個(gè)選項(xiàng)供選擇：1、指定反應(yīng)器壓力(SpecifyReactorPressure)2、指定壓力剖形(SpecifyReactorPressureProfile)3、計(jì)算反應(yīng)器壓力(CalculateReactorPressure)62精選課件RBatch——

停止判據(jù)

可以為間歇釜操作周期設(shè)定多個(gè)停止判據(jù)。判據(jù)具有以下參數(shù)：1、序號(hào)；2、位置：反應(yīng)器，排氣收集器，排氣；3、變量類型，如時(shí)間、轉(zhuǎn)化率、溫度、壓力、體積、組成、流量、物性等；4、停止值，即變量達(dá)到該值時(shí)就停止釜內(nèi)操作；5、組分，與轉(zhuǎn)化率、組成等變量配合使用；6、子流股類別，有子流股時(shí)使用；7、物性集ID,變量為物性時(shí)使用；8、趨近方向，即變量值是從大或小的方向趨近停止值。63精選課件RBatch——

操作時(shí)間1、間歇周期時(shí)間(BatchCycleTime)

為間歇釜操作周期設(shè)定時(shí)間指標(biāo)，可設(shè)定一個(gè)周期的總時(shí)間，或設(shè)定加料和卸料的時(shí)間。2、剖形結(jié)果時(shí)間(ProfileResultTime)設(shè)定計(jì)算各變量隨時(shí)間變化的剖形并