第十二讲反应器单元的仿真设计(三)

CAPD基础第十二讲SimulationDesignofChemicalReactors反应器单元的仿真设计(三)化学动力学类反应器1、全混釜反应器（RCSTR）ContinuousStirredTankReactor2、平推流反应器（RPlug）PlugFlowReactor3、间歇釜反应器（RBatch)BatchStirredTankReactor根据化学动力学计算反应结果。包含三种反应器：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—间歇釜反应器(2)RBatch—连接RBatch——模型参数RBatch模块有六组模型参数：1、模型设定(Specifications)2、化学反应(Reactions)3、停止判据(StopCriteria)4、操作时间(OperationTime)5、连续加料(ContinuousFeeds)6、控制器(Controllers)RBatch—模型设定(1)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：1、恒温(ConstantTemperature)2、温度剖形(TemperatureProfiles)3、恒定热负荷(ConstantHeatDuty)4、热负荷剖形(HeatDutyProfile)5、恒定冷却剂温度(ConstantCoolantTemperature)6、传热用户子程序(HeatTransferUserSubroutine)RBatch—模型设定(2)RBatch—模型设定(3)选用温度剖形或热负荷剖形时，需输入不同时刻的温度值或热负荷值。RBatch—模型设定(4)选用恒定冷却剂温度时，需输入冷却剂温度、传热系数和传热面积的值。RBatch——模型设定(5)压强设定(PressureSpecification)，有三个选项供选择：1、指定反应器压强(SpecifyReactorPressure)2、指定压强剖形(SpecifyReactorPressureProfile)3、计算反应器压强(CalculateReactorPressure)RBatch——模型设定(6)RBatch—模型设定(7)选用压强剖形时，需输入不同时刻的压强值。RBatch—模型设定(8)选用计算反应器压强时，需输入反应器体积。如有排气，则还需设定排气口压强(Ventopeningpressure)。RBatch——停止判据停止判据（Stopcriterion）给定间歇釜在一个操作周期中结束反应阶段的条件。可以为间歇釜操作设定多个停止判据。计算过程中任何一个判据达到设定值后，反应即中止。RBatch——停止判据(2)停止判据通过以下参数设定：1、序号(Criterionnumber)2、位置(Location)3、变量类型(Variabletype)4、停止值(Stopvalue)5、组分(Component)6、子流股类别(Substream)7、物性集ID(PropertysetID)8、趋近方向(Approachfrom)RBatch—停止判据(3)判据位置：反应器；排气收集器；排气管RBatch—停止判据(4)变量类型：有转化率、浓度、物性等10余种变量可选：RBatch—停止判据(5)停止值给定反应停止时判据变量的数值；趋近方向 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 明变量是从大或小的方向接近停止值。RBatch——操作时间1、间歇周期时间(BatchCycleTime)为间歇釜操作周期设定时间指标，有两种设定方式：一个操作周期的总时间(Totalcycletime)；批次加料时间(Batchfeedtime)（即：一次加料量除以连续来料流量）和辅助操作时间(Downtime)（即：一个操作周期减去反应时间）。RBatch——操作时间(2)2、剖形结果时间(ProfileResultTime)设定仿真计算的时间参数，包括最大计算时间(Maximumcalculationtime)、输出剖形结果的时刻之间的时间区间(Timeintervalbetweenprofilepoints)，以及最大时刻点数(Maximumnumberofprofilepoints)。RBatch——操作时间(3)RBatch——连续加料当存在连续加料流股时，在连续加料表单中设置各个连续加料流股的流量随时间的变化情况。有两种设置方式：1、基于加料流股的恒定流量(Flowisconstantatinletvalue)2、指定不同时刻的流量剖形(Specifyflowvs.timeprofile)RBatch——连续加料(2)RBatch——控制器当设置反应器温度为恒温或指定温度剖形时，可以通过控制器对反应釜温度进行PID控制。PID控制器的控制参数在控制器(Controller)表单中设定，包括：1、比例增益因子(Proportionalgain)2、积分时间常数(Integraltimeconstant)3、微分时间常数(Derivativetimeconstant)RBatch——控制器(2)RBatch—示例（1）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=100C，P=3bar，操作周期2.5hr。加料为水溶液，T=40C，处理量1m3/hr，含乙醇10.2kmol/m3、乙酸3.908kmol/m3。求乙酸转化率为35%的反应时间，乙酸乙酯的产量，装填率=0.7时所需的反应釜体积。反应速率方程式如下：式中：RBatch—示例（2）考虑到釜液升/降温的影响，操作周期延长到3hr，并按以下升/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求乙酸转化率为35%的反应时间，乙酸乙酯的产量，装填率=0.7时所需的反应釜体积。如果示例(1)反应速率常数和平衡常数与温度的关系如下：RBatch—示例（3）如果将示例(2)的操作时间设置改为间歇加料时间2hr，辅助时间1hr，求乙酸转化率为35%时的反应时间，乙酸乙酯的产量，装填率=0.7时所需的反应釜体积。RBatch—示例（4）如果将示例(3)的反应釜用100C的饱和蒸汽加热，反应釜传热面积6m2，传热系数500W/m2K，求乙酸转化率为35%的反应时间，釜液温度随时间变化的曲线。Optimization—优化AspenPlus在模型 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 工具中提供了优化工具(Optmization)，其使用方法类似于设计规定：1）定义过程变量(Define)；2）定义目标函数和选用约束条件(Objective&Constraints)，并确定寻优方向(Maximize/Minimize)；3）设置调节变量(Vary)，可以设置多个调节变量。Optimization—优化(2)1）定义过程变量Optimization—优化(3)2)定义目标函数、选用约束条件、确定寻优方向Optimization—优化(4)3）设置调节变量Constraints—约束对于约束优化，则需设置约束条件(Constraints):1）定义过程变量(Define)；2）设置约束条件(Spec)，包括定义约束表达式(Constraintexpression)，制定约束关系:等于(Equalto)小于或等于(Lessthanorequalto)大于或等于(Greaterthanorequalto)并设定容差(Tolerance)。Constraints—约束(2)Optimization—示例1甲烷在管式反应器中进行高温偶联脱氢制乙烯，发生的主要化学反应及其反应动力学表达式如下(分压的单位为Pa)：1)2)Optimization—示例1(续)化学反应在250根内径25mm的反应管内进行，反应管外用2000C的高温燃气加热，传热系数为200W/m2K。由于制造反应管的 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 限制，反应管内最高温度不得超过1200C，最大压强不得超过0.3MPa，反应管长度不得超过10m。原料甲烷的流量为10000kg/hr，压力0.3MPa。求：1)乙烯（C2H4）的最大产率（kg/hr）；2)获取乙烯最大产率所需的反应管长度、反应器进料温度和反应器进口压强。