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AspenPlus应用基础-反应器课件.ppt

AspenPlus应用基础-反应器课件.ppt

上传者: 用户141575 2018-06-10 评分 0 0 0 0 0 0 暂无简介 简介 举报

简介:本文档为《AspenPlus应用基础-反应器课件ppt》,可适用于高等教育领域,主题内容包含AspenPlus使用方法ReactorModels反应器模块反应器模块的类别生产能力类反应器(种)热力学平衡类反应器(种)化学动力学类反应器(种)符等。

AspenPlus使用方法ReactorModels反应器模块反应器模块的类别生产能力类反应器(种)热力学平衡类反应器(种)化学动力学类反应器(种)分为三大类七种反应器:生产能力类反应器、化学计量反应器(RStoic)StoichiometricReactor、产率反应器(RYield)YieldReactor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。RStoic化学计量反应器性质: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。RStoic连接RStoic模型参数RStoic模块有六组模型参数:、模型设定(Specifications)、化学反应(Reactions)、反应热(HeatofReaction)、选择性(Selectivity)、粒度分布(PSD)、组分属性(ComponentAttr)RStoic模型设定模型设定包含操作条件设定和有效相态设定:、操作条件(OperationConditions)()压力()温度热负荷、有效相态(ValidPhases)汽液固汽液汽液液液游离水汽液游离水RStoic化学反应定义RStoic中进行的每一个化学反应的编号、化学计量关系、产物生成速率或反应物转化率。并指明计算多个反应的转化率时是否按照串联反应方式计算。RStoic 反应热设定反应热的计算类型:1、不计算反应热2、根据生成热计算反应热3、用户指定反应热。RStoic 选择性选择性定义为:P代表选定组分(selected)P的生成摩尔数A代表参照组分(reference)A的消耗摩尔数real代表反应器内的实际情况ideal代表只有AP一个反应发生时的情况。RStoic示例()甲烷与水蒸汽在镍催化剂下的转化反应为:原料气中甲烷与水蒸汽的摩尔比为流量为kmolhr。若反应在恒压及等温条件下进行系统总压为MPa温度为当反应器出口处CH转化率为时CO和H的产量是多少?反应热负荷是多少?RStoic示例()反应和原料同示例()若反应在恒压及绝热条件下进行系统总压为MPa反应器进口温度为当反应器出口处CH转化率为时反应器出口温度是多少?RYield产率反应器性质: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。RYield连接RYield模型参数RYield模块有五组模型参数:、模型设定(Specifications)、产率(Yield)、闪蒸选项(FlashOptions)、粒度分布(PSD)、组分属性(ComponentAttr)RYield模型设定模型设定包含操作条件设定和有效相态设定:、操作条件(OperationConditions)()压力()温度热负荷、有效相态(ValidPhases)汽液固汽液汽液液液游离水汽液游离水RYield产率指定相对于每一单位质量非惰性进料而言RYield出口物流中各种组分间的相对产率。并设定进料中的惰性组分。RYield示例()甲烷与水蒸汽在镍催化剂下的转化反应为:原料气中甲烷与水蒸汽的摩尔比为流量为kmolhr。反应在恒压及等温条件下进行系统总压为MPa温度为如果反应器出口物流中摩尔比率CHHO:CO:H等于:::时CO和H的产量是多少?需要移走的反应热负荷是多少?此结果是否满足总质量平衡?是否满足元素平衡?RYield示例()若在示例()的原料气中加入kmolhr氮气其余条件不变计算结果会发生什么变化?RYield示例()以示例()的结果为基础在Ryied模块的产率设置项中将氮气设置为惰性组份重新计算结果如何?热力学平衡类反应器、平衡反应器(REquil)EquilibriumReactor、吉布斯反应器(RGibbs)GibbsReactor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。REquil平衡反应器性质: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。REquil连接REquil模型参数REquil模块有四组模型参数:、模型设定(Specifications)、化学反应(Reactions)、收敛(Convergence)、液沫夹带(Entrainment)REquil模型设定模型设定包含操作条件设定和有效相态设定:、操作条件(OperationConditions)()压力()温度热负荷、有效相态(ValidPhases)汽液固汽液汽液液液游离水汽液游离水REquil化学反应定义REquil中进行的每一个化学反应的编号、化学计量关系、产物生成比速率(Extend)或趋近平衡温度(TemperatureApproach)。比速率=速率化学计量系数趋近平衡温度=T意指在TT下计算化学反应平衡。REquil示例()甲烷与水蒸汽在镍催化剂下的转化反应为:原料气中甲烷与水蒸汽的摩尔比为流量为kmolhr。若反应在恒压及等温条件下进行系统总压为MPa温度为当反应器出口处达到平衡时CO和H的产量是多少?反应热负荷是多少?REquil示例()分析示例()中反应温度在~范围变化时对反应器出口物流CH质量分率的影响。REquil示例()将示例()中的反应温度设为分别分析反应()和反应()的趋近平衡温度在–~范围变化时对反应器出口物流CH质量分率和COCO摩尔比的影响。RGibbs吉布斯反应器性质: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。RGibbs连接RGibbs模型参数RGibbs模块有五组模型参数:、模型设定(Specifications)、产物(Products)、物流指定(AssignSteams)、惰性物(Inerts)、限制平衡(RestrictedEquilibrium)RGibbs模型设定模型设定包含操作条件、计算选项和相态设定:、操作条件(OperationConditions)()压力()温度热负荷、计算选项(CalculationOptions)仅计算相平衡同时计算化学平衡和相平衡是否限制化学平衡、相态(Phases)输入存在的相态数。RGibbs产物有三种选择:、系统中的所有组分都可以是产物、指定可能的产物组分、定义产物存在的相态。RGibbs限制平衡有两种选择:、设定整个系统的趋近平衡温度、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。RGibbs示例()甲烷与水蒸汽在镍催化剂下的转化反应为:原料气中甲烷与水蒸汽的摩尔比为流量为kmolhr。若反应在恒压及等温条件下进行系统总压为MPa温度为当反应器出口处达到平衡时CO和H的产量是多少?反应热负荷是多少?与REquil的结果进行比较。RGibbs示例()若在示例()中的原料气中加入kmolhr的氮气并考虑氮与氢结合生成氨的副反应求反应器出口物流中CH和NH的质量分率。如果将氮设为惰性组份结果有什么变化?化学动力学类反应器、全混釜反应器(RCSTR)ContinuousStirredTankReactor、平推流反应器(RPlug)PlugFlowReactor、间歇釜反应器(RBatch)BatchReactor根据化学动力学计算反应结果。包含三种反应器。RCSTR全混釜反应器性质: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。RCSTR连接RCSTR模型参数RCSTR模块有两组模型参数:、操作条件(OperationConditions))压力(Pressure))温度热负荷(TemperatureHeatDuty)、持料状态(Holdup))有效相态(ValidPhases))设定方式(SpecificationType)RCSTR设定方式设定方式有个可选项:、反应器体积(ReactorVolume)只需输入反应器的体积。、停留时间(ResidenceTime)只需输入物料在反应器中的平均停留时间。、反应器体积和相体积(ReactorVolumePhaseVolume)必须输入反应器体积和气相凝聚相所占的体积。、反应器体积和相体积分率(ReactorVolumePhaseVolumeFraction)必须输入反应器体积和气相凝聚相所占的体积分率。、反应器体积和相停留时间(ReactorVolumePhaseResidenceTime)必须输入反应器体积和气相凝聚相在反应器中的停留时间。、停留时间和相体积分率(ResidenceTimePhaseVolumeFraction)必须输入物料在反应器中的总平均停留时间和气相凝聚相所占的体积分率。、相停留时间和体积分率(PhaseResidenceTimeVolumeFraction)必须输入气相凝聚相在反应器中的停留时间和所占的体积分率。RCSTR选择反应RCSTR中的化学反应通过选用预定义的化学反应对象来设定。Reactions化学反应对象用途:为三类动力学反应器模块和RadFrac模块提供反应的计量关系、平衡关系和动力学关系。Reactions对象类型创建化学反应对象时需赋予对象ID和选择对象类型。我们可用的类型有三种:、LHHW型(LangmuirHinshelwoodHougenWatson)、幂律型(PowerLaw)、反应精馏型(ReacDist)Reactions反应设定每一个化学反应对象可以包含多个化学反应每个反应都要设定计量学参数和动力学参数平衡参数。、计量学参数(Stoichiometry)、动力学参数(Kinetic)、平衡参数(Equilibrium)Reactions计量学参数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动力学(Kinetic)或平衡(Equilibrium)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动力学方程式中每一个浓度因子的幂指数。Reactions动力学参数()在动力学表单中为每一个化学反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k’它与温度的关系用修正的Arrhenius方程表示:Reactions动力学参数()LHHW型的反应速率方程:RCSTR示例()甲醛和氨按照以下化学反应生成乌洛托品:反应器容积为m装填系数为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分率保持在左右。加料氨水的浓度为kmolm流量为mhr。加料甲醛水溶液的浓度为kmolm流量为mhr。求C下乌洛托品的产量和输入氮气流量并分析反应温度在~C范围里对甲醛转化率的影响。反应速率方程式如右:式中:RPlug平推流反应器性质: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。RPlug连接()RPlug连接()RPlug模型参数RPlug模块有四组模型参数:、模型设定(Specifications)、反应器构型(Configuration)、化学反应(Reactions)、压力(Pressure)RPlug模型设定设定反应器类型共有五种类型:、指定温度的反应器(Reactorwithspecifiedtemperature)有三种方式设定操作条件:)进料温度下的恒温(Constantatinlettemperature))指定反应器温度(Constantatspecifiedreactortemperature))温度剖形(TemperatureProfile)指定沿反应器长度的温度分布、绝热反应器(AdiabaticReactor)、恒定冷却剂温度的反应器)设定传热系数和冷却剂温度。、与冷却剂并流换热的反应器(Reactorwithcocurrentcoolant)设定传热系数。、与冷却剂逆流换热的反应器(Reactorwithcountercurrentcoolant)设定传热系数。RPlug反应器构型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并指定有效相态。RPlug示例()丁二烯和乙烯合成环己烯的化学反应方程式如下:反应器长米、内径米压降可忽略。加料为丁二烯和乙烯的等摩尔常压混合物温度为C。如果反应在绝热条件下进行要求丁二烯的转化率达到试求环己烯的产量。反应速率方程式如右:式中:RPlug示例()作出示例()中温度和环己烯摩尔分率沿反应器长度的分布图。分析反应器压力在~MPa范围内对环己烯产量的影响。RBatch间歇釜反应器性质: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。RBatch连接RBatch模型参数RBatch模块有六组模型参数:、模型设定(Specifications)、化学反应(Reactions)、停止判据(StopCriteria)、操作时间(OperationTime)、连续加料(ContinuousFeeds)、控制器(Controllers)RBatch模型设定模型设定包含操作设定、压力设定和有效相态:反应器操作设定(ReactorOperatingSpecification)有六个选项供选择:、恒温(ConstantTemperature)、温度剖形(TemperatureProfiles)、恒定热负荷(ConstantHeatDuty)、热负荷剖形(HeatDutyProfile)、恒定冷却剂温度(ConstantCoolantTemperature)、传热用户子程序(HeatTransferUserSubroutine)压力设定(PressureSpecification)有三个选项供选择:、指定反应器压力(SpecifyReactorPressure)、指定压力剖形(SpecifyReactorPressureProfile)、计算反应器压力(CalculateReactorPressure)RBatch停止判据可以为间歇釜操作周期设定多个停止判据。判据具有以下参数:、序号、位置:反应器排气收集器排气、变量类型如时间、转化率、温度、压力、体积、组成、流量、物性等、停止值即变量达到该值时就停止釜内操作、组分与转化率、组成等变量配合使用、子流股类别有子流股时使用、物性集ID,变量为物性时使用、趋近方向即变量值是从大或小的方向趋近停止值。RBatch操作时间、间歇周期时间(BatchCycleTime)为间歇釜操作周期设定时间指标可设定一个周期的总时间或设定加料和卸料的时间。、剖形结果时间(ProfileResultTime)设定计算各变量随时间变化的剖形并作为结果输出的时间区间和时刻点。RBatch连续加料设定各个连续加料流股的流量随时间的变化情况。、恒定流量、列表给出不同时刻的流量。RBatch控制器设定对反应釜温度进行PID控制时的控制参数:、比例增益因子(Proportionalgain)、积分时间常数(Integraltimeconstant)、微分时间常数(Derivativetimeconstant)RBatch示例()乙醇和乙酸合成乙酸乙酯的化学反应方程式如下:在间歇搅拌釜中等温反应T=CP=bar操作周期hr。加料为水溶液T=C处理量mhr含乙醇kmolm、乙酸kmolm。求乙酸转化率为的反应时间乙酸乙酯的产量装填率=时所需的反应釜体积。反应速率方程式如下:式中:RBatch示例()考虑到釜液升降温的影响操作周期延长到hr并按以下升降温程序操作:t=,T=Ct=min,T=Ct=min,T=Ct=min,T=Ct=min,T=C。求乙酸转化率为的反应时间乙酸乙酯的产量装填率=时所需的反应釜体积。如果示例()反应速率常数和平衡常数与温度的关系如下:RBatch示例()如果将示例()的操作时间设置改为间歇加料时间hr停止时间hr求乙酸转化率为的反应时间乙酸乙酯的产量装填率=时所需的反应釜体积。RBatch示例()如果将示例()的反应釜用的饱和蒸汽加热反应釜传热面积m传热系数WmK求乙酸转化率为的反应时间釜液温度随时间变化的曲线。

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