化学反应工程Aspen Plus计算示例

化学反应工程三级项目学 院：环境与化学工程学院专 业姓名学 号教师

化工工艺I化学反应工程三级项目任务书学号学号110110010019学生姓名王向阳专业班级11-化工工艺题目题目名称AspenPlus题目性质理论研究主要内容反应器的选型；输入输出物料参数的设定；物性方法的选择；计算收敛过程优化；计算结果输出；项目报告基本要求参考资料写出2000字的报告；报告主体应有反应器基本原理、参数设定、计算过程及计算结果输出、结果与讨论。--AspenPlus指导教师：李建军职称：副教授系级教学单位审批：年月日说明：如计算机输入，表题黑体小三号字，内容五号字。II一、反应器选型AspenPlus1.生产能力类反应器：反应两种方式，分别指定每一反应的转化率或产量。用途：已知化学反应方程式和每一反应的转化率或产量，不知化学动力学关系。不考虑元素平衡。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。热力学平衡类反应器：并同时达到相平衡。用途：已知反应历程和平衡反应的反应方程式，不考虑动力学可行性，计算同时达到化学平衡和相平衡的结果。Gibbs衡和相平衡时的系统组成和相分布。用途：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。化学动力学类反应器：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。力学控制反应。可模拟换热夹套。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。辅助时间提供缓冲罐，实现与连续过程的连接。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。二、反应器基本原理反应器计算的主要任务是根据给定的生产任务，在一定条件下，计算反应器所需的体积，并以此作为确定反应器其他尺寸的主要依据。计算的方法主要是寻找生产规模化学反应的转化率与工艺条件的关系，其次是在计算转化率的基础上计算反应器的体积。1在化学反应过程中伴随着三传过程，三传过程直接影响反应速率，在反应器计算时必须考虑动量衡算、物料衡算、热量衡算。在流体通过反应器前后的压差变化不大时，可以不考虑动量衡算。三、输入输出物料模型参数设定1、RStoic——模型设定设定操作条件和有效相态：(OperationConditions)①压力(Pressure)；②温度/热负荷(Temperature/Heatduty)(ValidPhases)汽/液/固/汽-液/汽-液-液/液-游离水/汽-液-游离水2、RYield——模型设定模型设定包含操作条件设定和有效相态设定：(OperationConditions)①压强；②温度/热负荷/温度改变(ValidPhases)汽/液/固/汽-液/汽-液-液/液-游离水/汽-液-游离水3、REquil——模型设定模型设定包含操作条件设定和有效相态设定：操作条件(OperationConditions)①压力；②温度/蒸汽分率/热负荷(ValidPhases)汽/液/固/汽-液/汽-液-液/液-游离水/汽-液-游离水4、RGibbs——模型设定模型设定包含操作条件、计算选项和相态设定：(OperationConditions)①压力；②温度/热负荷(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(Phases)输入存在的相态数。5、RCSTR——模型设定(OperationConditions)①压力(Pressure)；②温度/热负荷(Temperature/HeatDuty)(Holdup)①有效相态(ValidPhases)；②设定方式(Specification6、RPlug—模型设定设定反应器类型，共有五种类型：指定温度的反应器(Reactorwithspecified作温度：①进料温度下的恒温(Constantatinlettemperature)②指定反应器温度(Constantatspecifiedreactortemperature)③温度剖形(Temperature2绝热反应器只需在反应器类型下拉框中选择AdiabaticReactor(3)恒定冷却剂温度的反应器(Reactorwithconstantcoolanttemperature)(Ucoolant-processtemperature)。(Reactorwithco-currentcoolant)与冷却剂逆流换热的反应器(Reactorwithcounter-currentcoolant)7、RBatch—模型设定模型设定包含操作设定、压力设定和有效相态四、示例计算及其结果Requil---示例：由甲醇生产氢气的反应如下：CHO2H+CO;CO+HOH+CO4 2 2 2 2进料流率为100kmol/h，其中甲醇与水的摩尔比为1:4，进料温度为232℃，压力为0.1013MPa，物性方法选用PENG-ROB。当反应达到平衡时，产品的流率为多少？反应热负荷是多少？1.画出反应器模型和进出料口2、选择物性方法PENG-ROB3在对应的空格内填写进料的温度、压力和反应物的进料流量填写反应的温度和压力，选择反应器内的相态写出反应方程式（反应物和生成物的摩尔流量及反应的热负荷）4Rplug---示例：两股进料混合后进入反应器，进料氯气(Cl2):T1=200℃，P1=0.2026MPa,F1=0.077kmol/h，进料丙烯（C3H6）:T2=200℃，P2=0.2026MPa,F2=0.308kmol/h7.62m50.8mm0,传热系数U=24.412kcal/(h·m2·K)，用180kg/h80℃0.1013MPa90℃。物性方法选用IDEAL和1,2-二氯丙烷（C3H6Cl2）的流率各是多少？以及温度，产物随管长的变化图。反应式和指数型动力学方程如下（其中动力学参数已英制单位为基准，浓度为摩尔浓度，反应相态为气相）Cl CH2 3

CH3

ClHCl5R1.5106exp(1

2720023]6RT23]6

)[Cl

][CHClCH2 3

CHCl3 6 2R90.46exp(6860)[Cl2 RT 2

][CH]3 6画出反应器模型和物料的进出路线填写反应中涉及的化学物质5设置物性方法分别设置各物料的进料状况（依次为丙烯、氯气、水）6设置混合反应器中的相态设置反应器的传热系数和冷却剂的出口温度设置平推流反应器的参数列出方程式7设置两个反应的动力学方程和相态计算