ASPENPlus培訓(xùn)教程第十一講反應(yīng)器單元的仿真設(shè)計(jì)ppt課件

1、CAPD根底 第十一講Simulation Design of Chemical Reactors 反響器單元的仿真設(shè)計(jì) (二).反響器模塊的類別消費(fèi)才干類反響器2種熱力學(xué)平衡類反響器2種化學(xué)動(dòng)力學(xué)類反響器3種分為三大類七種反響器：.化學(xué)動(dòng)力學(xué)類反響器1、全混釜反響器RCSTR Continuous Stirred Tank Reactor2、平推流反響器RPlugPlug Flow Reactor3、間歇釜反響器RBatch)Batch Stirred Tank Reactor根據(jù)化學(xué)動(dòng)力學(xué)計(jì)算反響結(jié)果。包含三種反響器：.RCSTR全混釜反響器性質(zhì)：釜內(nèi)到達(dá)理想混合?？赡M單、兩、三相的體系

2、，并可處置固體?？赏瑫r(shí)處置動(dòng)力學(xué)控制和平衡控制兩類反響。用途：知化學(xué)反響式、動(dòng)力學(xué)方程和平衡關(guān)系，計(jì)算所需的反響器體積和反響時(shí)間，以及反響器熱負(fù)荷。.RCSTR 圖標(biāo).RCSTR 銜接.RCSTR 模型參數(shù)RCSTR模塊有兩組模型參數(shù)：1、操作條件 (Operation Conditions) 1) 壓力 (Pressure) 2) 溫度/熱負(fù)荷(Temperature/Heat Duty)2、持料形狀 (Holdup) 1) 有效相態(tài) (Valid Phases) 2) 設(shè)定方式 (Specification Type).RCSTR 模型參數(shù) 2.RCSTR 設(shè)定方式設(shè)定方式有 7 個(gè)可選項(xiàng)

3、：1、反響器體積 (Reactor Volume) 只需輸入反響器的體積。2、停留時(shí)間 (Residence Time) 只需輸入物料在反響器中的平均停留時(shí)間。.RCSTR 設(shè)定方式2.3、反響器體積和相體積 (Reactor Volume & Phase Volume) 必需輸入反響器體積、氣相 (Vapor phase) 或凝聚相 (Condensed phase)所占的體積。RCSTR 設(shè)定方式3設(shè)定方式有 7 個(gè)可選項(xiàng)：.RCSTR 設(shè)定方式4.4、反響器體積和相體積分率 (Reactor Volume & Phase Volume Fraction) 必需輸入反響器體積和氣相/凝聚相

4、所占的體積分率。RCSTR 設(shè)定方式5設(shè)定方式有 7 個(gè)可選項(xiàng)：.RCSTR 設(shè)定方式6.5、反響器體積和相停留時(shí)間 (Reactor Volume & Phase Residence Time) 必需輸入反響器體積和氣相/凝聚相在反響器中的停留時(shí)間。RCSTR 設(shè)定方式7設(shè)定方式有 7 個(gè)可選項(xiàng)：.RCSTR 設(shè)定方式8.6、停留時(shí)間和相體積分率 (Residence Time & Phase Volume Fraction) 必需輸入物料在反響器中的總平均停留時(shí)間和氣相/凝聚相所占的體積分率。RCSTR 設(shè)定方式9設(shè)定方式有 7 個(gè)可選項(xiàng)：.RCSTR 設(shè)定方式10.7、相停留時(shí)間和體積分

5、率 (Phase Residence Time & Volume Fraction) 必需輸入氣相/凝聚相在反響器中的停留時(shí)間和所占的體積分率。RCSTR 設(shè)定方式11設(shè)定方式有 7 個(gè)可選項(xiàng)：.RCSTR 設(shè)定方式12.RCSTR 設(shè)置出口物流RCSTR假設(shè)銜接了二股或三股出口物流，那么應(yīng)在Streams表單中設(shè)定每一股物流的出口相態(tài)。.RCSTR 設(shè)置出口物流 (2).RCSTR 選擇反響RCSTR中的化學(xué)反響經(jīng)過選用預(yù)定義的化學(xué)反響對(duì)象來設(shè)定。.RCSTR選擇反響2.Reactions 化學(xué)反響對(duì)象用途：為三類動(dòng)力學(xué)反響器模塊和RadFrac 模塊提供反響的計(jì)量關(guān)系、平衡關(guān)系和動(dòng)力學(xué)關(guān)系

6、。.Reactions 對(duì)象類型 創(chuàng)建化學(xué)反響對(duì)象時(shí)，需賦予對(duì)象ID和選擇對(duì)象類型。對(duì)于小分子反響，常用的類型有三種：1、LHHW 型 (Langmuir-Hinshelwood-Hougen-Watson)2、冪律型 (Power Law)3、反響精餾型 (Reac-Dist).Reactions 對(duì)象類型2.Reactions 反響設(shè)定 每一個(gè)化學(xué)反響對(duì)象可以包含多個(gè)化學(xué)反響，每個(gè)反響都要設(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).Reactions 反響設(shè)定2.Reac

7、tions 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)反響創(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。輸入反響方程式中的化學(xué)計(jì)量系數(shù)(Coefficient)，對(duì)于冪律型反響對(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)(Exponent)。.Reactions 計(jì)量學(xué)參數(shù)2.Reactions 動(dòng)力學(xué)參數(shù)在動(dòng)力學(xué)表單中為每一個(gè)化學(xué)反響輸入發(fā)生反響的相態(tài)、動(dòng)力學(xué)參數(shù)以及濃度基準(zhǔn)。冪律型：反響動(dòng)力學(xué)因子(Kinetic factor)即反響速率常數(shù) k，它與溫度的關(guān)系用修正的Arrhenius方程表示：.Reactions動(dòng)力學(xué)參數(shù)2.Reacti

8、ons 動(dòng)力學(xué)參數(shù) (3)濃度基準(zhǔn)(Ci basis)有以下幾種： 摩爾濃度 (Molarity) , kmol/m3 質(zhì)量摩爾濃度 (Molality) , mol/kg water 分壓 (Partial pressure) , Pa 質(zhì)量濃度 (Mass Concentration) , kg/m3 摩爾分率 (Mole fraction) , 質(zhì)量分率 (Mass fraction) , .Reactions 動(dòng)力學(xué)參數(shù) (4)LHHW型的反響速率方程：動(dòng)力學(xué)因子仍用修正的Arrhenius方程表示：.Reactions 動(dòng)力學(xué)參數(shù) (5).Reactions動(dòng)力學(xué)參數(shù) (5) 推進(jìn)力

9、表達(dá)式(Driving force expression) 定義為： 點(diǎn)擊右側(cè)的Driving force按鈕，即可彈出推進(jìn)力表達(dá)式輸入界面。.Reactions動(dòng)力學(xué)參數(shù) (7)推進(jìn)力表達(dá)式包括兩項(xiàng)：Term 1 和 Term 2, 分別代表正反響和逆反響的推進(jìn)力，分別表達(dá)為體系中各組分濃度的冪乘積。在推進(jìn)力輸入界面中，必需完好輸入這兩項(xiàng)的全部參數(shù)，包括推進(jìn)力常數(shù)表達(dá)式的系數(shù)(Coefficients for driving force constant)。.Reactions動(dòng)力學(xué)參數(shù) (6).Reactions 動(dòng)力學(xué)參數(shù) (8)點(diǎn)擊右側(cè)的Adsorption按鈕，即可彈出吸附表達(dá)式輸入

10、界面。吸附表達(dá)式代表反響物在催化劑外表吸附過程的傳質(zhì)阻力對(duì)宏觀反響速率的影響，用下述函數(shù)式描畫：假設(shè)不存在吸附過程的影響，那么只需令總指數(shù) m = 0 即可。.Reactions 動(dòng)力學(xué)參數(shù) (9).RCSTR 例如 1甲醛和氨按照以下化學(xué)反響生成烏洛托品：反響速率方程式如下： 式中： .RCSTR 例如 1 (續(xù)) 反響器容積為 5 m3，裝填系數(shù)為 0.6，輸入氮?dú)庾鳛榫S護(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堅(jiān)持在 0.001 左右。加料氨水的濃度為 4.1 kmol/m3，流量為 32.5 m3/hr。加料甲醛水溶液的濃度為 6.3 kmol/m3，流量為32

11、.5 m3/hr。求 35 C 下烏洛托品的產(chǎn)量和輸入氮?dú)饬髁?，并分析反響溫度在 2060 C 范圍里對(duì)甲醛轉(zhuǎn)化率的影響。 .RPlug 平推流反響器性質(zhì)：完全沒有返混的管式反響器，可帶有換熱夾套。可模擬單、兩、三相的體系。只能處置動(dòng)力學(xué)控制反響。用途：知化學(xué)反響式和動(dòng)力學(xué)方程，計(jì)算所能到達(dá)的轉(zhuǎn)化率，或所需的反響器體積，以及反響器熱負(fù)荷。.RPlug 平推流反響器 (2).RPlug 銜接 (1).RPlug 銜接 (2).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、反響器構(gòu)型 (Configuration)3、化學(xué)反響 (React

12、ions)4、壓力 (Pressure).RPlug 模型設(shè)定設(shè)定反響器類型，共有五種類型：1、指定溫度的反響器 (Reactor with specified temperature)，有三種方式設(shè)定操作溫度：1) 進(jìn)料溫度下的恒溫 (Constant at inlet temperature)2) 指定反響器溫度 (Constant at specified reactor temperature)3) 溫度剖形 (Temperature Profile)，指定沿反響器長度的溫度分布.RPlug 模型設(shè)定 (2).2、絕熱反響器 只需在反響器類型下拉框中選擇Adiabatic Reacto

13、r即可。3、恒定冷卻劑溫度的反響器 在反響器類型下拉框中選擇(Reactor with constant coolant temperature) ；在操作條件欄中設(shè)定傳熱系數(shù)(U coolant-process stream)和冷卻劑溫度(Coolant temperature)。RPlug 模型設(shè)定 (3).RPlug 模型設(shè)定 (4).4、與冷卻劑并流換熱的反響器 (Reactor with co-current coolant)5、與冷卻劑逆流換熱的反響器 (Reactor with counter-current coolant)采用這兩種類型需在流程圖中銜接冷卻劑物流銜接圖 2，并

14、在反響器類型下拉框中選擇相應(yīng)的類型，在操作條件欄中輸入傳熱系數(shù) U 和冷卻劑出口溫度(Coolant outlet temperature)或蒸汽分率(Coolant outlet vapor fraction)。RPlug 模型設(shè)定 (5).RPlug 模型設(shè)定 (6).RPlug 反響器構(gòu)型反響器構(gòu)型表單中需求輸入的工程有： 單管或多管反響器(Multitube reactor) 反響管的根數(shù)(Number of tubes) 反響管的長度(Length)和直徑(Diameter) 反響物料(Process stream)有效相態(tài) 冷卻劑(Coolant stream)有效相態(tài).RPlug 反響器構(gòu)型 (2).RPlug 壓強(qiáng)壓強(qiáng)表單中需求輸入的工程有：1、反響器進(jìn)口壓強(qiáng)(Pressure at reactor inlet) 反響物料(Process stream)壓強(qiáng) 冷卻劑(Coolant stream)壓強(qiáng)2、反響器壓降(Pressure drop through reactor) 反響物料(Process stream)壓降 冷卻劑(Coolant stream)壓降.RPlug 壓強(qiáng) (2)