AspenPlus應(yīng)用基礎(chǔ)-反應(yīng)器

1、由用戶指定生產(chǎn)能力，不考慮熱力學(xué)可能性和動力學(xué)可行性。包含兩種反應(yīng)器。性質(zhì)：按照化學(xué)反應(yīng)方程式中的計量關(guān)系進行反應(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)動力學(xué)關(guān)系。模塊有六組模型參數(shù)：模塊有六組模型參數(shù)：1 1、模型、模型設(shè)定設(shè)定 (Specifications)2、化學(xué)反應(yīng)、化學(xué)反應(yīng) (Reactions)3、反應(yīng)熱、反應(yīng)熱 (Heat of Reaction)4、選擇性、選擇性 (Selectivity)5、粒度分布、粒度分布 (PSD)6、組分屬性、組分屬性 (Component Attr.)：1 1、操

2、作條件、操作條件 (Operation Conditions) (1) 壓力；壓力； (2) 溫度溫度/熱負(fù)荷熱負(fù)荷 2、有效相態(tài)、有效相態(tài) (Valid Phases) 汽汽 / 液液 / 固固 / 汽汽-液液 / 汽汽-液液-液液 / 液液-游離水游離水 / 汽汽-液液-游離水游離水idealrealAPAPAPS/,P代表選定組分代表選定組分 (selected) P的生成摩爾數(shù)；的生成摩爾數(shù)；A代表參照組分代表參照組分 (reference) A的消耗摩爾數(shù)；的消耗摩爾數(shù)；real 代表反應(yīng)器內(nèi)的實際情況；代表反應(yīng)器內(nèi)的實際情況；ideal 代表只有代表只有AP一個反應(yīng)發(fā)生時的情況。一

3、個反應(yīng)發(fā)生時的情況。22244HCOO2HCH 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。模塊有五組模型參數(shù)：模塊有五組模型參數(shù)：1 1、模型、模型設(shè)定設(shè)定 (Specifications)2、產(chǎn)率、產(chǎn)率 (Yield)3、閃蒸選項、閃蒸選項 (Flash Options)4、粒度分布、粒度分布 (PSD)5、組分屬性、組分屬性 (Component Attr.)：1 1、操作條件、操作條件 (Operation Conditions) (1) 壓力；壓力； (2) 溫度溫度/熱負(fù)荷熱負(fù)荷 2

4、、有效相態(tài)、有效相態(tài) (Valid Phases) 汽汽 / 液液 / 固固 / 汽汽-液液 / 汽汽-液液-液液 / 液液-游離水游離水 / 汽汽-液液-游離水游離水22244HCOO2HCH根據(jù)熱力學(xué)平衡條件計算反應(yīng)結(jié)果，不考慮動力學(xué)可行性。包含兩種反應(yīng)器。性質(zhì)：根據(jù)化學(xué)反應(yīng)方程式進行反應(yīng)，按照化學(xué)平衡關(guān)系式達到化學(xué)平衡，并同時達到相平衡。用途：已知反應(yīng)歷程和平衡反應(yīng)的反應(yīng)方程式，不考慮動力學(xué)可行性，計算同時達到化學(xué)平衡和相平衡的結(jié)果。模塊有四組模型參數(shù)：模塊有四組模型參數(shù)：1 1、模型、模型設(shè)定設(shè)定 (Specifications)2、化學(xué)反應(yīng)、化學(xué)反應(yīng) (Reactions)3、收斂、

5、收斂 (Convergence)4、液沫夾帶、液沫夾帶 (Entrainment)：1 1、操作條件、操作條件 (Operation Conditions) (1) 壓力；壓力； (2) 溫度溫度/熱負(fù)荷熱負(fù)荷 2、有效相態(tài)、有效相態(tài) (Valid Phases) 汽汽 / 液液 / 固固 / 汽汽-液液 / 汽汽-液液-液液 / 液液-游離水游離水 / 汽汽-液液-游離水游離水比速率比速率=速率速率/ /化學(xué)計量系數(shù)化學(xué)計量系數(shù)趨近平衡溫度趨近平衡溫度=T T意指在意指在T+ T T下計算化下計算化學(xué)反應(yīng)平衡。學(xué)反應(yīng)平衡。2243HCOOHCH當(dāng)反應(yīng)器出口處達到平衡時，當(dāng)反應(yīng)器出口處達到平衡

6、時，CO2和和H2的的產(chǎn)量是多少？反應(yīng)熱負(fù)荷是多少？產(chǎn)量是多少？反應(yīng)熱負(fù)荷是多少？ 222HCOOHCO性質(zhì)：根據(jù)系統(tǒng)的Gibbs自由能趨于最小值的原則，計算同時達到化學(xué)平衡和相平衡時的系統(tǒng)組成和相分布。用途：已知化學(xué)反應(yīng)式，不知道反應(yīng)歷程和動力學(xué)可行性，估算可能達到的化學(xué)平衡和相平衡結(jié)果。模塊有五組模型參數(shù)：模塊有五組模型參數(shù)：1 1、模型、模型設(shè)定設(shè)定 (Specifications)2、產(chǎn)物、產(chǎn)物 (Products)3、物流指定、物流指定 (Assign Steams) 4、惰性物、惰性物 (Inerts)5、限制平衡、限制平衡 (Restricted Equilibrium)：1 1

7、、操作條件、操作條件 (Operation Conditions) (1) 壓力；壓力； (2) 溫度溫度/熱負(fù)荷熱負(fù)荷 2、計算選項、計算選項 (Calculation Options) 僅計算相平衡僅計算相平衡/同時計算化學(xué)平衡和相平衡同時計算化學(xué)平衡和相平衡/是否限是否限制化學(xué)平衡制化學(xué)平衡3、相態(tài)、相態(tài) (Phases) 輸入存在的相態(tài)數(shù)。輸入存在的相態(tài)數(shù)。有三種選擇：有三種選擇：1 1、系統(tǒng)中的所有組分都可以是產(chǎn)物；、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；、指定可能的產(chǎn)物組分；3、定義產(chǎn)物存在的相態(tài)、定義產(chǎn)物存在的相態(tài)。有兩種選擇：有兩種選擇：1 1、設(shè)定整個系統(tǒng)的

8、趨近平衡溫度；、設(shè)定整個系統(tǒng)的趨近平衡溫度； 2、指定各個化學(xué)反應(yīng)趨近平衡的溫度，、指定各個化學(xué)反應(yīng)趨近平衡的溫度，需要知道化學(xué)反應(yīng)方程式需要知道化學(xué)反應(yīng)方程式。2243HCOOHCH當(dāng)反應(yīng)器出口處達到平衡時，當(dāng)反應(yīng)器出口處達到平衡時，CO2和和H2的產(chǎn)量的產(chǎn)量是多少？反應(yīng)熱負(fù)荷是多少？與是多少？反應(yīng)熱負(fù)荷是多少？與REquil的結(jié)果的結(jié)果進行比較。進行比較。 222HCOOHCO根據(jù)化學(xué)動力學(xué)計算反應(yīng)結(jié)果。包含三種反應(yīng)器。性質(zhì)：釜內(nèi)達到理想混合?？赡M單、兩、三相的體系，并可處理固體?？赏瑫r處理動力學(xué)控制和平衡控制兩類反應(yīng)。用途：已知化學(xué)反應(yīng)式、動力學(xué)方程和平衡關(guān)系，計算所需的反應(yīng)器體積和反

9、應(yīng)時間，以及反應(yīng)器熱負(fù)荷。RCSTR模塊有兩組模型參數(shù)：模塊有兩組模型參數(shù)：1、操作條件操作條件 (Operation Conditions) 1) 壓力壓力 (Pressure) 2) 溫度溫度/熱負(fù)荷熱負(fù)荷(Temperature/Heat Duty)2、持料狀態(tài)持料狀態(tài) (Holdup) 1) 有效相態(tài)有效相態(tài) (Valid Phases) 2) 設(shè)定方式設(shè)定方式 (Specification Type)設(shè)定方式設(shè)定方式有有 7 7 個可選項：個可選項：1、反應(yīng)器體積反應(yīng)器體積 (Reactor Volume) 只需輸入反應(yīng)器的體積。只需輸入反應(yīng)器的體積。2、停留時間停留時間 (Resi

10、dence Time) 只需輸入物料在反應(yīng)器中的平均停只需輸入物料在反應(yīng)器中的平均停留時間。留時間。3、反應(yīng)器體積和相體積、反應(yīng)器體積和相體積 (Reactor Volume & Phase Volume) 必須輸入反應(yīng)器體積和氣相必須輸入反應(yīng)器體積和氣相/凝聚相凝聚相所占的體積。所占的體積。4、反應(yīng)器體積和相體積分率、反應(yīng)器體積和相體積分率 (Reactor Volume & Phase Volume Fraction) 必須輸入反應(yīng)器體積和氣相必須輸入反應(yīng)器體積和氣相/凝聚相所凝聚相所占的體積分率。占的體積分率。5、反應(yīng)器體積和相停留時間、反應(yīng)器體積和相停留時間 (Reactor Volu

11、me & Phase Residence Time) 必須輸入反應(yīng)器體積和氣相必須輸入反應(yīng)器體積和氣相/凝聚相凝聚相在反應(yīng)器中的停留時間。在反應(yīng)器中的停留時間。6、停留時間和相體積分率、停留時間和相體積分率 (Residence Time & Phase Volume Fraction) 必須輸入物料在反應(yīng)器中的總平均停必須輸入物料在反應(yīng)器中的總平均停留時間和氣相留時間和氣相/凝聚相所占的體積分率。凝聚相所占的體積分率。7、相停留時間和體積分率、相停留時間和體積分率 (Phase Residence Time & Volume Fraction) 必須輸入氣相必須輸入氣相/凝聚相在反應(yīng)器中的停

12、凝聚相在反應(yīng)器中的停留時間和所占的體積分率。留時間和所占的體積分率。RCSTRRCSTR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。用途：用途：為三類動力學(xué)反應(yīng)器模為三類動力學(xué)反應(yīng)器模塊和塊和RadFrac 模塊提供反模塊提供反應(yīng)的計量關(guān)系、平衡關(guān)應(yīng)的計量關(guān)系、平衡關(guān)系和動力學(xué)關(guān)系。系和動力學(xué)關(guān)系。創(chuàng)建化學(xué)反應(yīng)對象時，需賦予對象創(chuàng)建化學(xué)反應(yīng)對象時，需賦予對象ID和選擇對象類型。我們可用的類型有和選擇對象類型。我們可用的類型有三種：三種：1、LHHW 型型 (Langmuir-Hinshelwood-Hougen-Watson)2、冪律型、冪律型 (Power Law)3、反應(yīng)精餾型、反應(yīng)精

13、餾型 (Reac-Dist)每一個化學(xué)反應(yīng)對象可以包含多個化每一個化學(xué)反應(yīng)對象可以包含多個化學(xué)反應(yīng)，每個反應(yīng)都要設(shè)定計量學(xué)參學(xué)反應(yīng)，每個反應(yīng)都要設(shè)定計量學(xué)參數(shù)和動力學(xué)參數(shù)數(shù)和動力學(xué)參數(shù)/平衡參數(shù)。平衡參數(shù)。1、計量學(xué)參數(shù)、計量學(xué)參數(shù)(Stoichiometry)2、動力學(xué)參數(shù)、動力學(xué)參數(shù) (Kinetic)3、平衡參數(shù)、平衡參數(shù) (Equilibrium)計量學(xué)參數(shù)計量學(xué)參數(shù)在計量學(xué)表單中為每一個化學(xué)反在計量學(xué)表單中為每一個化學(xué)反應(yīng)創(chuàng)建一個對象，并選擇對象類型為應(yīng)創(chuàng)建一個對象，并選擇對象類型為動力學(xué)動力學(xué) (Kinetic)或平衡或平衡 (Equilibrium)型。輸入反應(yīng)方程式中的化學(xué)計量

14、系型。輸入反應(yīng)方程式中的化學(xué)計量系數(shù)，對于冪律型反應(yīng)對象，還要輸入數(shù)，對于冪律型反應(yīng)對象，還要輸入動力學(xué)方程式中每一個濃度因子的冪動力學(xué)方程式中每一個濃度因子的冪指數(shù)。指數(shù)。動力學(xué)參數(shù)動力學(xué)參數(shù)(1)在動力學(xué)表單中為每一個化學(xué)反在動力學(xué)表單中為每一個化學(xué)反應(yīng)輸入反應(yīng)動力學(xué)參數(shù)。應(yīng)輸入反應(yīng)動力學(xué)參數(shù)。冪律型：反應(yīng)動力學(xué)因子即反應(yīng)速率常數(shù)冪律型：反應(yīng)動力學(xué)因子即反應(yīng)速率常數(shù)k k ，它與溫度的關(guān)系用修正的，它與溫度的關(guān)系用修正的Arrhenius方方程表示：程表示：0011expTTRETTkkn動力學(xué)參數(shù)動力學(xué)參數(shù)(2)LHHW型的型的反應(yīng)速率方程：反應(yīng)速率方程：吸附表達式推動力表達式動力學(xué)因子

15、Ar0011expTTRETTkn動力學(xué)因子 TDTCTBAKCKCKlllllqjjipijilnln21其中：推動力表達式 TDTCTBAKCKiiiiimijvjijlnln其中：吸附表達式 反應(yīng)器容積為反應(yīng)器容積為5m3，裝填系數(shù)為，裝填系數(shù)為0.6，輸入氮氣作為保護氣體。，輸入氮氣作為保護氣體。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分率保持在0.001左右。左右。加料氨水的濃度為加料氨水的濃度為4.1kmol/m3，流量為，流量為32.5 m3/hr。加料甲醛水溶液的濃度為。加料甲醛水溶液的濃度為6.3

16、kmol/m3，流量為，流量為32.5m3/hr。求求35 C下烏洛托品的產(chǎn)量和輸入氮氣流量下烏洛托品的產(chǎn)量和輸入氮氣流量 ，并分析反應(yīng)溫度在并分析反應(yīng)溫度在2060 C范圍里對甲醛轉(zhuǎn)化率的影響。范圍里對甲醛轉(zhuǎn)化率的影響。 (D)(C)(B)(A)O6HNCHHCHO64NH24623smkmolCkCrBAA32/skmolmRTk267/1057. 2exp1420性質(zhì)：反應(yīng)器內(nèi)完全沒有返混?？赡M單、兩、三相的體系。只能處理動力學(xué)控制反應(yīng)?？赡M換熱夾套。用途：已知化學(xué)反應(yīng)式和動力學(xué)方程，計算所能達到的轉(zhuǎn)化率，或所需的反應(yīng)器體積，以及反應(yīng)器熱負(fù)荷。模塊有四組模型參數(shù)模塊有四組模型參數(shù)：1

17、 1、模型、模型設(shè)定設(shè)定 (Specifications)2、反應(yīng)器構(gòu)型、反應(yīng)器構(gòu)型 (Configuration)3、化學(xué)反應(yīng)、化學(xué)反應(yīng) (Reactions)4、壓力、壓力 (Pressure)1 1、指定溫度的反應(yīng)器、指定溫度的反應(yīng)器 (Reactor with specified temperature)，有三種方式設(shè)定操作條件：，有三種方式設(shè)定操作條件：1) 進料溫度下的恒溫進料溫度下的恒溫 (Constant at inlet temperature)2) 指定反應(yīng)器溫度指定反應(yīng)器溫度 (Constant at specified reactor temperature)3) 溫度

18、剖形溫度剖形 (Temperature Profile)，指定沿反應(yīng)器長，指定沿反應(yīng)器長度的溫度分布度的溫度分布2、絕熱反應(yīng)器、絕熱反應(yīng)器 (Adiabatic Reactor)3、恒定冷卻劑溫度的反應(yīng)器、恒定冷卻劑溫度的反應(yīng)器)，設(shè)定傳熱系數(shù)和冷，設(shè)定傳熱系數(shù)和冷卻劑溫度。卻劑溫度。4、與冷卻劑并流換熱的反應(yīng)器、與冷卻劑并流換熱的反應(yīng)器 (Reactor with co-current coolant)，設(shè)定傳熱系數(shù)。，設(shè)定傳熱系數(shù)。5、與冷卻劑逆流換熱的反應(yīng)器、與冷卻劑逆流換熱的反應(yīng)器 (Reactor with counter-current coolant)，設(shè)定傳熱系數(shù)。，設(shè)定傳熱系

19、數(shù)。反應(yīng)器構(gòu)型需要輸入反應(yīng)器中反反應(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)管的長度和直徑，應(yīng)管的根數(shù)、反應(yīng)管的長度和直徑，并指定有效相態(tài)。并指定有效相態(tài)。 反應(yīng)器長反應(yīng)器長5米、內(nèi)徑米、內(nèi)徑0.5米，壓降可忽略。加料為丁米，壓降可忽略。加料為丁二烯和乙烯的等摩爾常壓混合物，溫度為二烯和乙烯的等摩爾常壓混合物，溫度為440 C。如。如果反應(yīng)在絕熱條件下進行，要求丁二烯的轉(zhuǎn)化率達果反應(yīng)在絕熱條件下進行，要求丁二烯的轉(zhuǎn)化率達到到12%，試求環(huán)己烯的產(chǎn)量，試求環(huán)己烯的產(chǎn)量 。 (C)(B)(A)HCHCHC1064264smkmolCkCrBAA3/skmolmTRk/700111015. 1exp

20、08186. 038性質(zhì)：間歇或半間歇操作的攪拌釜，釜內(nèi)達到理想混合。自動根據(jù)加料和輔助時間提供緩沖罐，實現(xiàn)與連續(xù)過程的連接。用途：已知化學(xué)反應(yīng)式、動力學(xué)方程和平衡關(guān)系，計算所需的反應(yīng)器體積和反應(yīng)時間，以及反應(yīng)器熱負(fù)荷。模塊有六組模型參數(shù)模塊有六組模型參數(shù)：1 1、模型、模型設(shè)定設(shè)定 (Specifications)2、化學(xué)反應(yīng)、化學(xué)反應(yīng) (Reactions)3、停止判據(jù)、停止判據(jù) (Stop Criteria)4、操作時間、操作時間 (Operation Time)5、連續(xù)加料、連續(xù)加料 (Continuous Feeds)6、控制器控制器 (Controllers)：反應(yīng)器操作設(shè)定反應(yīng)器

21、操作設(shè)定 (Reactor Operating Specification) 有六個選項供選擇：有六個選項供選擇：1、恒溫、恒溫 (Constant Temperature)2、溫度剖形、溫度剖形 (Temperature Profiles)3、恒定熱負(fù)荷、恒定熱負(fù)荷 (Constant Heat Duty)4、熱負(fù)荷剖形、熱負(fù)荷剖形 (Heat Duty Profile)5、恒定冷卻劑溫度、恒定冷卻劑溫度 (Constant Coolant Temperature)6、傳熱用戶子程序、傳熱用戶子程序 (Heat Transfer User Subroutine)壓力設(shè)定壓力設(shè)定 (Press

22、ure Specification) 有三個選項供選擇：有三個選項供選擇：1、指定反應(yīng)器壓力、指定反應(yīng)器壓力 (Specify Reactor Pressure)2、指定壓力剖形、指定壓力剖形 (Specify Reactor Pressure Profile)3、計算反應(yīng)器壓力、計算反應(yīng)器壓力 (Calculate Reactor Pressure)：1 1、序號；、序號；2 2、位置：反應(yīng)器，排氣收集器，排氣；、位置：反應(yīng)器，排氣收集器，排氣；3 3、變量類型，如時間、轉(zhuǎn)化率、溫度、壓力、體、變量類型，如時間、轉(zhuǎn)化率、溫度、壓力、體積、組成、流量、物性等；積、組成、流量、物性等；4 4、停止值，即變量達到該值時就停止釜內(nèi)操作；、停止值，即變量達到該值時就停止釜內(nèi)操作；5 5、組分，與轉(zhuǎn)化率、組成等變量配