AspenPlu反應(yīng)器模擬介紹

AspenPlus

使用方法ReactorModels反響器模塊反響器模塊的類別生產(chǎn)能力類反響器〔2種〕熱力學平衡類反響器〔2種〕化學動力學類反響器〔3種〕分為三大類七種反響器：生產(chǎn)能力類反響器1、化學計量反響器〔RStoic〕 StoichiometricReactor2、產(chǎn)率反響器〔RYield〕 YieldReactor由用戶指定生產(chǎn)能力，不考慮熱力學可能性和動力學可行性。包含兩種反響器。RStoic—化學計量反響器性質(zhì)：按照化學反響方程式中的計量關(guān)系進行反響，有并行反響和串聯(lián)反響兩種方式，分別指定每一反響的轉(zhuǎn)化率或產(chǎn)量。用途：化學反響方程式和每一反響的轉(zhuǎn)化率或產(chǎn)量，不知化學動力學關(guān)系。RStoic—連接RStoic——

模型參數(shù)RStoic

模塊有六組模型參數(shù)：1、模型設(shè)定(Specifications)2、化學反響(Reactions)3、反響熱(HeatofReaction)4、選擇性(Selectivity)5、粒度分布(PSD)6、組分屬性(ComponentAttr.)RStoic——

模型設(shè)定模型設(shè)定包含操作條件設(shè)定和有效相態(tài)設(shè)定：1、操作條件

(OperationConditions)(1)壓力；(2)溫度/熱負荷2、有效相態(tài)(ValidPhases)汽/液/固/汽-液/汽-液-液/液-游離水/汽-液-游離水RStoic——化學反響定義RStoic中進行的每一個化學反響的編號、化學計量關(guān)系、產(chǎn)物生成速率或反響物轉(zhuǎn)化率。并指明計算多個反響的轉(zhuǎn)化率時是否按照串聯(lián)反響方式計算。RStoic——反響熱設(shè)定反響熱的計算類型：１、不計算反響熱；２、根據(jù)生成熱計算反響熱；３、用戶指定反響熱。RStoic——選擇性選擇性定義為：△P代表選定組分(selected)P的生成摩爾數(shù)；△A代表參照組分(reference)A的消耗摩爾數(shù)；real代表反響器內(nèi)的實際情況；ideal代表只有A→P一個反響發(fā)生時的情況。RStoic—例如〔1〕甲烷與水蒸汽在鎳催化劑下的轉(zhuǎn)化反響為：原料氣中甲烷與水蒸汽的摩爾比為14，流量為100kmol/hr。假設(shè)反響在恒壓及等溫條件下進行，系統(tǒng)總壓為0.1013MPa，溫度為750℃，當反響器出口處CH4轉(zhuǎn)化率為73%時，CO2和H2的產(chǎn)量是多少？反響熱負荷是多少？RStoic—例如〔2〕反響和原料同例如〔1〕，假設(shè)反響在恒壓及絕熱條件下進行，系統(tǒng)總壓為0.1013MPa，反響器進口溫度為950℃，當反響器出口處CH4轉(zhuǎn)化率為73%時，反響器出口溫度是多少？RYield——產(chǎn)率反響器性質(zhì)：根據(jù)每一種產(chǎn)與輸入物流間的產(chǎn)率關(guān)系進行反響，只考慮總質(zhì)量平衡，不考慮元素平衡。用途：只知化學反響式和各產(chǎn)物間的相對產(chǎn)率，不知化學計量關(guān)系。RYield——連接RYield——

模型參數(shù)RYield

模塊有五組模型參數(shù)：1、模型設(shè)定(Specifications)2、產(chǎn)率(Yield)3、閃蒸選項(FlashOptions)4、粒度分布(PSD)5、組分屬性(ComponentAttr.)RYield——

模型設(shè)定模型設(shè)定包含操作條件設(shè)定和有效相態(tài)設(shè)定：1、操作條件

(OperationConditions)(1)壓力；(2)溫度/熱負荷2、有效相態(tài)(ValidPhases)汽/液/固/汽-液/汽-液-液/液-游離水/汽-液-游離水RYield——

產(chǎn)率指定相對于每一單位質(zhì)量非惰性進料而言，RYield出口物流中各種組分間的相對產(chǎn)率。并設(shè)定進料中的惰性組分。RYield—例如〔1〕甲烷與水蒸汽在鎳催化劑下的轉(zhuǎn)化反響為：原料氣中甲烷與水蒸汽的摩爾比為14，流量為100kmol/hr。反響在恒壓及等溫條件下進行，系統(tǒng)總壓為0.1013MPa，溫度為750℃，如果反響器出口物流中摩爾比率CH4H2O:CO2:H2等于1:2:3:4時，CO2和H2的產(chǎn)量是多少？需要移走的反響熱負荷是多少？此結(jié)果是否滿足總質(zhì)量平衡？是否滿足元素平衡？RYield—例如〔2〕假設(shè)在例如〔1〕的原料氣中參加25kmol/hr氮氣，其余條件不變，計算結(jié)果會發(fā)生什么變化？RYield—例如〔3〕以例如〔2〕的結(jié)果為根底，在Ryied模塊的產(chǎn)率設(shè)置項中將氮氣設(shè)置為惰性組份，重新計算，結(jié)果如何？熱力學平衡類反響器1、平衡反響器〔REquil〕 EquilibriumReactor2、吉布斯反響器〔RGibbs〕 GibbsReactor根據(jù)熱力學平衡條件計算反響結(jié)果，不考慮動力學可行性。包含兩種反響器。REquil——平衡反響器性質(zhì)：根據(jù)化學反響方程式進行反響，按照化學平衡關(guān)系式到達化學平衡，并同時到達相平衡。用途：反響歷程和平衡反響的反響方程式，不考慮動力學可行性，計算同時到達化學平衡和相平衡的結(jié)果。REquil——連接REquil——

模型參數(shù)REquil

模塊有四組模型參數(shù)：1、模型設(shè)定(Specifications)2、化學反響(Reactions)3、收斂(Convergence)4、液沫夾帶(Entrainment)REquil——

模型設(shè)定模型設(shè)定包含操作條件設(shè)定和有效相態(tài)設(shè)定：1、操作條件

(OperationConditions)(1)壓力；(2)溫度/熱負荷2、有效相態(tài)(ValidPhases)汽/液/固/汽-液/汽-液-液/液-游離水/汽-液-游離水REquil——化學反響定義REquil中進行的每一個化學反響的編號、化學計量關(guān)系、產(chǎn)物生成比速率(Extend)或趨近平衡溫度(TemperatureApproach)。比速率=速率/化學計量系數(shù)趨近平衡溫度=△T意指在T+△T下計算化學反響平衡。REquil—例如〔1〕甲烷與水蒸汽在鎳催化劑下的轉(zhuǎn)化反響為：原料氣中甲烷與水蒸汽的摩爾比為14，流量為100kmol/hr。假設(shè)反響在恒壓及等溫條件下進行，系統(tǒng)總壓為0.1013MPa，溫度為750℃，當反響器出口處到達平衡時，CO2和H2的產(chǎn)量是多少？反響熱負荷是多少？REquil—例如〔2〕分析例如〔1〕中反響溫度在300~1000℃范圍變化時對反響器出口物流CH4質(zhì)量分率的影響。REquil—例如〔3〕將例如(1)中的反響溫度設(shè)為1000℃，分別分析反響(1)和反響(2)的趨近平衡溫度在–200~0℃范圍變化時對反響器出口物流CH4質(zhì)量分率和CO/CO2摩爾比的影響。RGibbs—吉布斯反響器性質(zhì)：根據(jù)系統(tǒng)的Gibbs自由能趨于最小值的原那么，計算同時到達化學平衡和相平衡時的系統(tǒng)組成和相分布。用途：化學反響式，不知道反響歷程和動力學可行性，估算可能到達的化學平衡和相平衡結(jié)果。RGibbs——連接RGibbs——

模型參數(shù)RGibbs

模塊有五組模型參數(shù)：1、模型設(shè)定(Specifications)2、產(chǎn)物(Products)3、物流指定(AssignSteams)4、惰性物(Inerts)5、限制平衡(RestrictedEquilibrium)RGibbs——

模型設(shè)定模型設(shè)定包含操作條件、計算選項和相態(tài)設(shè)定：1、操作條件

(OperationConditions)(1)壓力；(2)溫度/熱負荷2、計算選項(CalculationOptions)僅計算相平衡/同時計算化學平衡和相平衡/是否限制化學平衡3、相態(tài)(Phases)輸入存在的相態(tài)數(shù)。RGibbs——

產(chǎn)物有三種選擇：1、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；3、定義產(chǎn)物存在的相態(tài)。RGibbs——

限制平衡有兩種選擇：1、設(shè)定整個系統(tǒng)的趨近平衡溫度；2、指定各個化學反響趨近平衡的溫度，需要知道化學反響方程式。RGibbs—例如〔1〕甲烷與水蒸汽在鎳催化劑下的轉(zhuǎn)化反響為：原料氣中甲烷與水蒸汽的摩爾比為14，流量為100kmol/hr。假設(shè)反響在恒壓及等溫條件下進行，系統(tǒng)總壓為0.1013MPa，溫度為750℃，當反響器出口處到達平衡時，CO2和H2的產(chǎn)量是多少？反響熱負荷是多少？與REquil的結(jié)果進行比較。RGibbs—例如〔2〕假設(shè)在例如(1)中的原料氣中參加25kmol/hr的氮氣，并考慮氮與氫結(jié)合生成氨的副反響，求反響器出口物流中CH4和NH3的質(zhì)量分率。如果將氮設(shè)為惰性組份，結(jié)果有什么變化？化學動力學類反響器1、全混釜反響器〔RCSTR〕 ContinuousStirredTankReactor2、平推流反響器〔RPlug〕 PlugFlowReactor3、間歇釜反響器〔RBatch) BatchReactor根據(jù)化學動力學計算反響結(jié)果。包含三種反響器。RCSTR—全混釜反響器性質(zhì)：釜內(nèi)到達理想混合?？赡M單、兩、三相的體系，并可處理固體。可同時處理動力學控制和平衡控制兩類反響。用途：化學反響式、動力學方程和平衡關(guān)系，計算所需的反響器體積和反響時間，以及反響器熱負荷。RCSTR——

連接RCSTR——

模型參數(shù)RCSTR模塊有兩組模型參數(shù)：1、操作條件(OperationConditions)1)壓力(Pressure)2)溫度/熱負荷(Temperature/HeatDuty)2、持料狀態(tài)(Holdup)1)有效相態(tài)(ValidPhases)2)設(shè)定方式(SpecificationType)RCSTR——

設(shè)定方式設(shè)定方式有7個可選項：1、反響器體積(ReactorVolume)只需輸入反響器的體積。2、停留時間(ResidenceTime)只需輸入物料在反響器中的平均停留時間。3、反響器體積和相體積(ReactorVolume&PhaseVolume)必須輸入反響器體積和氣相/凝聚相所占的體積。4、反響器體積和相體積分率(ReactorVolume&PhaseVolumeFraction)必須輸入反響器體積和氣相/凝聚相所占的體積分率。5、反響器體積和相停留時間(ReactorVolume&PhaseResidenceTime)必須輸入反響器體積和氣相/凝聚相在反響器中的停留時間。6、停留時間和相體積分率(ResidenceTime&PhaseVolumeFraction)必須輸入物料在反響器中的總平均停留時間和氣相/凝聚相所占的體積分率。7、相停留時間和體積分率(PhaseResidenceTime&VolumeFraction)必須輸入氣相/凝聚相在反響器中的停留時間和所占的體積分率。RCSTR——選擇反響RCSTR中的化學反響通過選用預定義的化學反響對象來設(shè)定。Reactions—化學反響對象用途：為三類動力學反響器模塊和RadFrac模塊提供反響的計量關(guān)系、平衡關(guān)系和動力學關(guān)系。Reactions——對象類型創(chuàng)立化學反響對象時，需賦予對象ID和選擇對象類型。我們可用的類型有三種：1、LHHW型(Langmuir-Hinshelwood-Hougen-Watson)2、冪律型(PowerLaw)3、反響精餾型(Reac-Dist)Reactions——反響設(shè)定每一個化學反響對象可以包含多個化學反響，每個反響都要設(shè)定計量學參數(shù)和動力學參數(shù)/平衡參數(shù)。1、計量學參數(shù)(Stoichiometry)2、動力學參數(shù)(Kinetic)3、平衡參數(shù)(Equilibrium)Reactions——計量學參數(shù)在計量學表單中為每一個化學反響創(chuàng)立一個對象，并選擇對象類型為動力學(Kinetic)或平衡(Equilibrium)型。輸入反響方程式中的化學計量系數(shù)，對于冪律型反響對象，還要輸入動力學方程式中每一個濃度因子的冪指數(shù)。Reactions—動力學參數(shù)(1)在動力學表單中為每一個化學反響輸入反響動力學參數(shù)。冪律型：反響動力學因子即反響速率常數(shù)k’，它與溫度的關(guān)系用修正的Arrhenius方程表示：Reactions—動力學參數(shù)(2)LHHW型的反響速率方程：RCSTR—例如〔1〕甲醛和氨按照以下化學反響生成烏洛托品：反響器容積為5m3，裝填系數(shù)為0.6，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分率保持在0.001左右。加料氨水的濃度為4.1kmol/m3，流量為32.5m3/hr。加料甲醛水溶液的濃度為6.3kmol/m3，流量為32.5m3/hr。求35C下烏洛托品的產(chǎn)量和輸入氮氣流量，并分析反響溫度在20~60C范圍里對甲醛轉(zhuǎn)化率的影響。反響速率方程式如右：式中：

RPlug—平推流反響器性質(zhì)：反響器內(nèi)完全沒有返混?？赡M單、兩、三相的體系。只能處理動力學控制反響。可模擬換熱夾套。用途：化學反響式和動力學方程，計算所能到達的轉(zhuǎn)化率，或所需的反響器體積，以及反響器熱負荷。RPlug——

連接(1)RPlug——

連接(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、化學反響(Reactions)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(Reactorwithspecifiedtemperature)，有三種方式設(shè)定操作條件：1)進料溫度下的恒溫(Constantatinlettemperature)2)指定反響器溫度(Constantatspecifiedreactortemperature)3)溫度剖形(TemperatureProfile)，指定沿反響器長度的溫度分布2、絕熱反響器(AdiabaticReactor)3、恒定冷卻劑溫度的反響器)，設(shè)定傳熱系數(shù)和冷卻劑溫度。4、與冷卻劑并流換熱的反響器(Reactorwithco-currentcoolant)，設(shè)定傳熱系數(shù)。5、與冷卻劑逆流換熱的反響器(Reactorwithcounter-currentcoolant)，設(shè)定傳熱系數(shù)。RPlug——反響器構(gòu)型反響器構(gòu)型需要輸入反響器中反響管的根數(shù)、反響管的長度和直徑，并指定有效相態(tài)。RPlug—例如〔1〕丁二烯和乙烯合成環(huán)己烯的化學反響方程式如下：反響器長5米、內(nèi)徑0.5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440C。如果反響在絕熱條件下進行，要求丁二烯的轉(zhuǎn)化率到達12%，試求環(huán)己烯的產(chǎn)量。反響速率方程式如右：式中：RPlug—例如〔2〕作出例如(1)中溫度和環(huán)己烯摩爾分率沿反響器長度的分布圖。分析反響器壓力在0.1~1.0MPa范圍內(nèi)對環(huán)己烯產(chǎn)量的影響。RBatch—間歇釜反響器性質(zhì)：間歇或半間歇操作的攪拌釜，釜內(nèi)到達理想混合。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：化學反響式、動力學方程和平衡關(guān)系，計算所需的反響器體積和反響時間，以及反響器熱負荷。RBatch—連接RBatch——

模型參數(shù)RBatch模塊有六組模型參數(shù)：1、模型設(shè)定(Specifications)2、化學反響(Reactions)3、停止判據(jù)(StopCriteria)4、操作時間(OperationTime)5、連續(xù)加料(ContinuousFeeds)6、控制器(Controllers)RBatch——

模型設(shè)定模型設(shè)定包含操作設(shè)定、壓力設(shè)定和有效相態(tài)：反響器操作設(shè)定(ReactorOperatingSpecification)有六個選項供選擇：1、恒溫(ConstantTemperature)2、溫度剖形(TemperatureProfiles)3、恒定熱負荷(ConstantHeatDuty)4、熱負荷剖形(HeatDutyProfile)5、恒定冷卻劑溫度(ConstantCoolantTemperature)6、傳熱用戶子程序(HeatTransferUserSubroutine)壓力設(shè)定(PressureSpecification)有三個選項供選擇：1、指定反響器壓力(SpecifyReactorPressure)2、指定壓力剖形(SpecifyReactorPressureProfile)3、計算反響器壓力(CalculateReactorPressure)RBatch——

停止判據(jù)可以為間歇釜操作周期設(shè)定多個停止判據(jù)。判據(jù)具有以下參數(shù)：1、序號；2、位置：反響器，排氣收集器，排氣；3、變量類型，如時間、轉(zhuǎn)化率、溫度、壓力、體積、組成、流量、物性等；4、停止值，即變量到達該值時就停止釜內(nèi)操作；5、組分，與轉(zhuǎn)化率、組成等變量配合使用；6、子流股類別，有子流股時使用；7、物性集ID,變量為物性時使用；8、趨近方向，即變量值是從大或小的方向趨近停止值。RBatch——

操作時間1、間歇周期時間(BatchCycleTime)

為間歇釜操作周期設(shè)定時間指標，可設(shè)定一個周期的總時間，或設(shè)定加料和卸料的時間。2、