Aspen模拟反应器模块PPT学习课件

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 Rstoic和Ryield这两类基于物料平衡的反应器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 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用于收率分布已知的反应器只要求物料平衡 不要求原子平衡用来模拟入口物流不知道 但出口物流已知的反应器 例如 模拟一个炉子 反应器 以化学平衡为基础的反应器 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3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 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 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 反应器 以化学平衡为基础的反应器 RGibbs基本规定屏 反应器 动力学反应器 动力学反应器有RCSTR 全混流反应器 RPlug 平推流反应器 和RBatch 间歇反应器 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 反应器 动力学反应器 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 反应器 动力学反应器 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 反应器 动力学反应器 RPLUG 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 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 0 x107 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 0 x107 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 小结 1 启动UserInterface2 选用Template3 选用单元操作模块 ModelBlocks4 连结流股 Streams5 设定全局特性 SetupGlobalSpecification6 输入化学组分信息Components7 选用物性计算方法和模型PropertyMethods Models8 输入外部流股信息ExternalSteam9 输入单元模块参数BlockSpecifications10 运行模拟过程RunProject11 查看结果ViewofResults12 输出报告文件ExportReport13 保存模拟项目SaveProject14 退出Exit 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 例题2 环己烷生产 模拟流程图 C6H6 3H2 C6H12 苯氢气环己烷 用RK SOAVE物性方法 P 25bar T 50C Totalflow 330kmol hr T 40C P 1bar Benzeneflow 100kmol hr T 150C P 23bar T 200C Pdrop 1bar Benzeneconv T 50C 去流股H2RCY的流量为92 去物流CHRCY的流量为30 例题2 环己烷生产 计算结果 heater 例题2 环己烷生产 计算结果 flash2 例题2 环己烷生产 计算结果 RStoic 例题2 环己烷生产 计算结果 FSplit 例题2 环己烷生产 计算结果 Streams 苯高温裂解脱氢制联苯 C12H10 反应式如下 1主反应2C6H6 C12H10 H22副反应C6H6 C12H10 C18H14 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3 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 例题3 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3 苯的高温分解 平衡常数参考值 例题3 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 E cal mol 反应1 k 3 235E 06 E 30190反应2 k 1 0205E 05 E 30190反应3 k 3 7545E 06 E 3019