反应器.ppt
《反应器.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《反应器.ppt（74页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
反应器及其他常用模块,Aspen中的单元操作模型混合器/分流器（Mixers/Splitters）分离器（Separators）换热器（HeatExchangers）塔（Columns）反应器（Reactors）压力变换器（PressureChangers）操作器（Manipulators）固体（Solids）用户模型（Users）概念设计（ConceptualDesign）,反应器及其他常用模块,Reators（反应器）,以物料平衡为基础Ryield（收率反应器）Rstioc（化学计量反应器）,以反应平衡为基础REquil（平衡反应器）RGibbs（吉布斯反应器）,以动力学为基础RCSTR（连续搅拌釜式反应器）RPlug（活塞流反应器）RBatch（间歇反应器）,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.物料平衡的反应器包括两类：
（1）Rstoic
（2）Ryield（适用于反应动力学不知道或不重要的情况）,反应器-基于物料平衡的反应器,RStoic适用于反应动力学不知道或不重要的情况要求原子平衡和质量平衡用于化学平衡数据和动力学数据不知道或不重要的反应器可以规定或计算在参考温度和压力下的反应热,反应器-基于物料平衡的反应器,RStoic规定屏有七组模型参数,反应器-基于物料平衡的反应器,
（1）模型设定（Specifications）
（2）化学反应（Reactions）（3）燃烧（Combustion）（4）反应器（HeatofReaction）（5）选择性（Selectivity）（6）粒度分布（PSD）（7）组分属性（ComponentAttr.）,RStoic规定屏,反应器-基于物料平衡的反应器,RStoic规定屏中specification设定操作条件和有效相态
（1）操作条件（OperationConditions）压力（Pressure）温度/热负荷（Temperature/Heatduty）
（2）有效相态（ValidPhases）汽/液/固/汽-液/汽-液-液/液-游离水/汽-液-游离水,反应器-基于物料平衡的反应器,RStoic规定屏中reaction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。
反应器-基于物料平衡的反应器,RStoic规定屏中heatofreaction设定反应热的计算类型（Calculationtype）和参照条件（Referencecondition）：
（1）不计算反应热（Donotcalculateheatofreaction）
（2）计算反应热（Calculateheatofreaction）（3）用户指定反应热（Specifyheatofreaction）,反应器-基于物料平衡的反应器,RStoic规定屏中selectivity选择性计算对于选定组分的选择性，其定义为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,反应器-基于物料平衡的反应器,反应器-基于物料平衡的反应器,RYield产率反应器用于收率分布已知的反应器根据每一种产品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,反应器-基于物料平衡的反应器,RYield产率反应器用途：
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。
反应器-以化学平衡为基础的反应器,包括两类REquil（平衡反应器）和RGibbs（Gibbs自由能最小的平衡反应器），都可用于化学平衡和相平衡同时发生的单元操作的模拟。
不考虑反应动力学该类模块能求解相似的问题，但对于问题的规定不同允许单个反应能达到严格化学平衡,反应器-以化学平衡为基础的反应器,REquil通过求解反应平衡方程进而计算化学平衡和相平衡不能进行三相闪蒸计算可用于多组分物系、已知一些反应并且仅有较少组分参加反应的情况,REquil规定屏有四组模型参数,反应器-基于物料平衡的反应器,
（1）模型设定（Specifications）
（2）化学反应（Reactions）（3）收敛（Convergence）（4）液沫夹带（Entrainment）,反应器-以化学平衡为基础的反应器,RGibbs（Gibbs自由能最小的平衡反应器）通过吉布斯自由能最小化来确定在产品吉布斯自由能最小时的产品组成。
可模拟单相气相或液相化学平衡、不带化学反应的相平衡、带固体溶液相或化学平衡及同时具有相平衡和化学平衡。
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。
当发生的反应未知，或由于有许多组分参与反应，致使反应数量很多时，该模块非常有用。
RGibbs是唯一能处理固-液-汽相平衡的AspenPlus模块,RGibbs反应器规定屏有五组模型参数,反应器-化学平衡为基础的的反应器,
（1）模型设定（Specifications）
（2）产物（Products）（3）指定物流（AssignSteams）（4）惰性物（Inerts）（5）限制平衡（RestrictedEquilibrium）,反应器-以化学平衡为基础的反应器,RGibbs基本规定屏,RGibbs规定屏中specification设定操作条件、计算选项和有效相态。
（1）操作条件（OperationConditions）压力（Pressure）温度/热负荷/温度改变（Temperature/Heatduty）
（2）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（3）相态（Phases）输入存在的相态数,反应器-以化学平衡为基础的反应器,RGibbs规定屏中Product产物
（1）系统中的所有组分都可以是产物；RGibbsconsidersallcomponentsasproducts
（2）指定可能的产物组分；Identifypossibleproducts（3）定义产物存在的相态。
Definephasesinwhichproductsappear,反应器-以化学平衡为基础的反应器,RGibbs规定屏中AssignStream。
有两种选择
（1）自动指定出口物流相态；RGibbsassignsphasestooutletstreams
（2）使用关键组分和截尾摩尔分率指定出口物流相态；Usekeycomponents&cutoffmolefractiontoassignsphasestooutletstreams,反应器-以化学平衡为基础的反应器,RGibbs反应器规定屏惰性物指定不参加化学反应平衡的惰性组分（Inerts）及其不参加反应的摩尔流量（Moleflow）或分率（Fraction）,反应器-化学平衡为基础的的反应器,RGibbs反应器规定限制平衡有两种选择
（1）设定整个系统的趋近平衡温度Entiresystemwithtemperatureapproach
（2）指定各个化学反应趋近平衡的温度Individualreaction,反应器-化学平衡为基础的的反应器,RGibbs反应器规定限制平衡有两种选择
（1）设定整个系统的趋近平衡温度Entiresystemwithtemperatureapproach,反应器-化学平衡为基础的的反应器,RGibbs反应器规定限制平衡有两种选择
（2）指定各个化学反应趋近平衡的温度Individualreaction,反应器-化学平衡为基础的的反应器,反应器-动力学反应器,动力学反应器包含三类
（1）全混釜反应器（RCSTR）ContinuousStirredTankReactor
（2）平推流反应器（RPlug）PlugFlowReactor（3）间歇釜式反应器（RBatch）BatchStirredTankReactor）,反应器-动力学反应器,动力学反应器因为考虑了反应动力学,所以必须对其进行定义。
动力学可以用一个内置模型定义,或用一个用户子程序定义，现有的内置模型是：
幂律模型（PowerLaw）Langmuir-Hinshelwood-Hougen-Watson（LHHW）反应催化剂的反应系数可以为零。
反应通过“反应ID”规定。
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。
动力学反应器-RCSTR,动力学反应器-RCSTR,RCSTR当反应动力学已知且反应器内物料性质与反应器出口完全相同时采用该反应器；允许任意数目的进料流股，所有进料流股在反应器内完全混合；最多允许三个产品流股：
气相、液相1、液相2或者气相、液相、自由水；当给定反应温度时可计算反应器热负荷，或在给定热负荷条件下计算反应温度；可同时计算多个以速率为基础的化学反应。
反应器-动力学反应器,RCSTR基本规定屏,动力学反应器-RCSTR,RCSTR模型参数设定有两组模型参数操作条件（OperationConditions）1）压力（Pressure）2）温度/热负荷（Temperature/HeatDuty）持料状态（Holdup）1）有效相态（ValidPhases）2）设定方式（SpecificationType）,动力学反应器-RCSTR,RCSTR模型参数持料状态（Holdup/SpecificationType设定方式有7个可选项
（1）反应器体积（ReactorVolume）只需输入反应器的体积。
（2）停留时间（ResidenceTime）只需输入物料在反应器中的平均停留时间。
动力学反应器-RCSTR,RCSTR模型参数持料状态（Holdup/SpecificationType设定方式有7个可选项（3）反应器体积和相体积（ReactorVolume&PhaseVolume）必须输入反应器体积、气相（Vaporphase）或凝聚相（Condensedphase）所占的体积。
动力学反应器-RCSTR,RCSTR模型参数持料状态（Holdup/SpecificationType设定方式有7个可选项（4）反应器体积和相体积分率（ReactorVolume&PhaseVolumeFraction）必须输入反应器体积和气相/凝聚相所占的体积分率。
动力学反应器-RCSTR,RCSTR模型参数持料状态（Holdup/SpecificationType设定方式有7个可选项（5）反应器体积和相停留时间（ReactorVolume&PhaseResidenceTime）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。
动力学反应器-RCSTR,RCSTR模型参数持料状态（Holdup/SpecificationType设定方式有7个可选项（6）停留时间和相体积分率（ResidenceTime&PhaseVolumeFraction）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。
动力学反应器-RCSTR,RCSTR模型参数持料状态（Holdup/SpecificationType设定方式有7个可选项（7）相停留时间和体积分率（PhaseResidenceTime&VolumeFraction）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。
动力学反应器-RCSTR,RCSTR模型参数出口物流streamRCSTR如果连接了二股或三股出口物流，则应在Streams表单中设定每一股物流的出口相态,动力学反应器-RCSTR,RCSTR模型参数Reaction反应的选择RCSTR中的化学反应通过选用预定义的化学反应对象来设定,REACTION模块用途：
为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。
动力学反应器-Reaction化学反应,化学反应创建选择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。
对于小分子反应，常用的类型有三种：
（1）LHHW型（Langmuir-Hinshelwood-Hougen-Watson）
（2）幂律型（PowerLaw）（3）反应精馏型（Reac-Dist）,动力学反应器-Reaction化学反应,化学反应创建选择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。
对于小分子反应，常用的类型有三种：
（1）LHHW型（Langmuir-Hinshelwood-Hougen-Watson）
（2）幂律型（PowerLaw）（3）反应精馏型（Reac-Dist）,动力学反应器-Reaction化学反应,化学反应创建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。
（1）计量学参数（Stoichiometry）
（2）动力学参数（Kinetic）（3）平衡参数（Equilibrium）,动力学反应器-Reaction化学反应,化学反应创建反应设定
（1）计量学参数（Stoichiometry）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（Coefficient），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（Exponent）。
动力学反应器-Reaction化学反应,化学反应创建反应设定
（2）动力学参数（Kinetic）在动力学表单中为每一个化学反应输入发生反应的相态、动力学参数以及浓度基准。
幂律型：
反应动力学因子（Kineticfactor）即反应速率常数k，它与温度的关系用修正的Arrhenius方程表示。
动力学反应器-Reaction化学反应,化学反应创建反应设定
（2）动力学参数（Kinetic）浓度基准（Cibasis）有以下几种摩尔浓度（Molarity）,kmol/m3质量摩尔浓度（Molality）,mol/kgwater分压（Partialpressure）,Pa质量浓度（MassConcentration）,kg/m3摩尔分率（Molefraction）,质量分率（Massfraction）,动力学反应器-Reaction化学反应,反应器-反应ID的使用,反应ID规定反应ID被设置为对象,独立于反应器,并且在反应器中被引用单个反应ID可以在任意个动力学反应器（RCSTR,RPlug和RBatch）中引用一个反应器模块中可引用多个反应系列每个反应ID都可有多个加成和/或分解反应,反应器-反应ID的使用,反应ID的建立方法：
/Reactions/ObjectManager点击New建立新的反应ID规定ID名称并指定反应类型表中规定反应数据,反应器-PowerLaw速率表达式,常规的幂率速率表达式：
示例:
正反应:
（假设反应中A为2级，B为3级）系数:
A:
B:
C:
D:
指数:
A:
B:
C:
D:
逆反应:
（假设反应中C为1级，D为2级）系数:
C:
D:
A:
B:
指数:
C:
D:
A:
B:
-2-312,2300,-1-223,1200,反应器-LHHW速率表达式,LHHW型的反应速率方程表达式：
动力学因子仍用修正的Arrhenius方程表示。
性质：
完全没有返混的管式反应器，可带有换热夹套。
可模拟单、两、三相的体系。
只能处理动力学控制。
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。
动力学反应器-RPLUG,动力学反应器RPLUG,RPLUG只能处理以速率为基础的化学反应允许一个冷却流股必须规定反应器长度及直径,动力学反应器-RPLUG,RPLUG,动力学反应器RPLUG,RPLUG模块有四组模型参数
（1）模型设定（Specifications）
（2）反应器构型（Configuration）（3）化学反应（Reactions）（4）压力（Pressure）,动力学反应器RPLUG,RPLUG模块模型设定（Specifications）设定反应器类型，共有五种类型
（1）指定温度的反应器（Reactorwithspecifiedtemperature），有三种方式设定操作温度：
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,动力学反应器RPLUG,RPLUG模块模型设定（Specifications）设定反应器类型，共有五种类型
（2）绝热反应器（AdiabaticReactor）只需在反应器类型下拉框中选择AdiabaticReactor即可。
（3）恒定冷却剂温度的反应器（Reactorwithconstantcoolanttemperature）在反应器类型下拉框中选择（Reactorwithconstantcoolanttemperature）；在操作条件栏中设定传热系数（Ucoolant-processstream）和冷却剂温度（Coolanttemperature）,动力学反应器RPLUG,RPLUG模块模型设定（Specifications）设定反应器类型，共有五种类型（4）与冷却剂并流换热的反应器（Reactorwithco-currentcoolant）（5）与冷却剂逆流换热的反应器采用这两种类型需在流程图中连接冷却剂物流，并在反应器类型下拉框中选择相应的类型，在操作条件栏中输入传热系数U和冷却剂出口温度（Coolantoutlettemperature）或蒸汽分率（Coolantoutletvaporfraction）。
动力学反应器RPLUG,RPLUG模块反应器构型（Configuration）反应器构型表单中需要输入的项目有单管或多管反应器（Multitubereactor）反应管的根数（Numberoftubes）反应管的长度（Length）和直径（Diameter）反应物料（Processstream）有效相态冷却剂（Coolantstream）有效相态,动力学反应器RPLUG,RPLUG模块压力（Pressure）反应器压强表单中需要输入的项目有反应器进口压强（Pressureatreactorinlet）反应物料（Processstream）压强冷却剂（Coolantstream）压强反应器压降（Pressuredropthroughreactor）反应物料（Processstream）压降冷却剂（Coolantstream）压降,反应器-动力学反应器,RBATCH只能处理以速率为基础的动力学反应可允许任意数目的连续或延迟进料流股过程的持续时间可以通过停止判据、周期时间和结束时间（resulttime）来规定流程中使用集液罐连接稳态流股,反应器-反应热,无需为反应指定反应热反应热通常按反应器入口和出口流股的焓差计算如果用户有的反应热数值和AspenPlus计算出的反应热数值不匹配，则可以调整一个或多个组分的生成热（DHFORM），使用户的反应热数据和计算的反应热数据相匹配在RStoic反应器中，可以规定或计算参考温度、压力下的反应热,反应器-例题1,【例题1】对比不同类型反应器的使用,反应器条件:
Temperature（温度）=700CPressure（压力）=1atm化学计量式:
Ethanol（乙醇）+AceticAcid（乙酸）EthylAcetate（乙酸乙酯）+Water（水）动力学参数:
正反应:
Pre-exp.Factor（指前因子）=1.9x108,Act.Energy（活化能）=5.95x107J/kmol逆反应:
Pre-exp.Factor（指前因子）=5.0x107,Act.Energy（活化能）=5.95x107J/kmol反应中每个反应物的反应都是1级（总共为2级）。
反应发生在液相中。
提示:
核对每个反应器是否把汽相和液相都考虑成有效相态。
反应器-例题1,【例题1】对比不同类型反应器的使用分别利用RStoic,RGibbbs,RPlug，RCSTR模块进行计算。
建议初期计算时，流程先用一个模块进行计算，后在流程上添加其他的模块。
流股复制用Manipulator/dupl，该模块不需要定义,反应器-例题1,【例题1】对比不同类型反应器的使用,物性方法：
NRTL-HOC,Length=2meters,Diameter=0.3meters,Volume=0.14m3,乙醇转化率70%,反应器-例题1,【例题1】对比不同类型反应器的使用,反应器条件:
Temperature（温度）=70CPressure（压力）=1atm化学计量式:
Ethanol（乙醇）+AceticAcid（乙酸）EthylAcetate（乙酸乙酯）+Water（水）动力学参数:
正反应:
Pre-exp.Factor（指前因子）=1.9x108,Act.Energy（活化能）=5.95x107J/kmol逆反应:
Pre-exp.Factor（指前因子）=5.0x107,Act.Energy（活化能）=5.95x107J/kmol反应中每个反应物的反应都是1级（总共为2级）。
反应发生在液相中。
提示:
核对每个反应器是否把汽相和液相都考虑成有效相态。
反应器-例题1,【例题1】对比不同类型反应器的使用,计算结果,例题2-环己烷生产,目的:
创建一个流程来模拟环己烷生产过程环己烷可以用苯加氢反应得到，反应如下:
C6H6+3H2=C6H12苯氢气环己烷在进入固定床反应器前，苯和氢气进料与循环氢气和环己烷混合。
假设苯转化率为99.8%。
反应器出料被冷却，轻气体从产品物流中分离出去。
部分轻气体作为循环氢气返回反应器。
从分离器出来的液体产品物流进入蒸馏塔进一步脱除溶解的轻气体，使最终产品稳定。
部分环己烷产品循环进入反应器，辅助控制温度。
苯高温裂解脱氢制联苯（C12H10,diphenyl）。
反应式如下1主反应C6H60.5C12H10+0.5H22副反应C6H6+C12H10C18H14+H2以符号表示各物质：
A=C6H6;B=C12H10;C=C18H14;D=H20.0682bmol/h液相苯蒸发，加热到反应温度后进入活塞流反应器进行裂解反应。
P=1atm，T=14000F反应器尺寸：
L=37.5in、D=0.5in（1in=2.54cm）。
求出口产物浓度，并分析苯及联苯在反应器内的浓度分布。
例题2苯的高温分解,试用RPlug模块模拟该反应，并绘制各组分浓度分布图。
可将气体近似认为理想气体，热力学方程为SYSOP0。
SYSOP0为ASPENPlus内置的关于气相和液相的理想状态方程。
具体数据见下页。
C18H14,M-TERPHENYL,92-06-8,例题2苯的高温分解,反应速率方程（下标1为主反应，2为副反应）反应速率常数,例题2苯的高温分解,平衡常数参考值,例题2苯的高温分解,动力学常数指前因子k的单位是以国际单位定义的，即kmol/（s.m3.Pa2）。
根据题目给出的公式计算出相应的指前因子。
Ecal/mol反应1正向：
k=3.235E-06;E=30190反应1逆向：
k=1.0205E-05;E=30190反应2正向：
k=3.7545E-06;E=30190反应2逆向：
k=7.9844E-06;E=30190,例题2苯的高温分解,计算结
升级会员 