AspenPlus应用基础-反应器课件.ppt

1、根据化学动力学计算反应结果。包含三种反应器。性质：釜内达到理想混合。可模拟单、两、三相的体系，并可处理固体。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。RCSTR模块有两组模型参数：模块有两组模型参数：1、操作条件操作条件(Operation Conditions)1)压力压力(Pressure)2)温度温度/热负荷热负荷(Temperature/Heat Duty)2、持料状态持料状态(Holdup)1)有效相态有效相态(Valid Phases)2)设定方式设定方式 (Specification Ty

2、pe)RCSTR模块有两组模型参数：模块有两组模型参数：设定方式设定方式有有 7 7 个可选项：个可选项：1、反应器体积反应器体积(Reactor Volume)只需输入反应器的体积。只需输入反应器的体积。2、停留时间停留时间(Residence Time)只需输入物料在反应器中的平均停只需输入物料在反应器中的平均停留时间。留时间。3、反应器体积和相体积、反应器体积和相体积 (Reactor Volume&Phase Volume)必须输入反应器体积、必须输入反应器体积、气相气相/凝聚相所占的体积。凝聚相所占的体积。设定方式设定方式有有 7 7 个可选项：个可选项：4、反应器体积和相体积分率、

3、反应器体积和相体积分率 (Reactor Volume&Phase Volume Fraction)必须输入反应器体积和气相必须输入反应器体积和气相/凝聚相所凝聚相所占的体积分率占的体积分率。设定方式设定方式有有 7 7 个可选项：个可选项：5、反应器体积和相停留时间、反应器体积和相停留时间 (Reactor Volume&Phase Residence Time)必须输入反应器体积和气相必须输入反应器体积和气相/凝聚相凝聚相在反应器中的停留时间在反应器中的停留时间。设定方式设定方式有有 7 7 个可选项：个可选项：6、停留时间和相体积分率、停留时间和相体积分率 (Residence Time

4、&Phase Volume Fraction)必须输入物料在反应器中的总平均停必须输入物料在反应器中的总平均停留时间和气相留时间和气相/凝聚相所占的体积分率。凝聚相所占的体积分率。设定方式设定方式有有 7 7 个可选项：个可选项：7、相停留时间和体积分率、相停留时间和体积分率 (Phase Residence Time&Volume Fraction)必须输入气相必须输入气相/凝聚相在反应器中的停凝聚相在反应器中的停留时间和所占的体积分率。留时间和所占的体积分率。设定方式设定方式有有 7 7 个可选项：个可选项：RCSTRRCSTR中的化学反应通过选用预定义的化学反应对象来设定。用途：用途：为

5、三类动力学反应器模为三类动力学反应器模块和块和RadFrac 模块提供反模块提供反应的计量关系、平衡关应的计量关系、平衡关系和动力学关系。系和动力学关系。创建化学反应对象时，需赋予对象创建化学反应对象时，需赋予对象ID和选择对象类型。我们可用的类型有和选择对象类型。我们可用的类型有三种：三种：1、LHHW 型型 (Langmuir-Hinshelwood-Hougen-Watson)2、幂律型、幂律型(Power Law)3、反应精馏型、反应精馏型(Reac-Dist)每一个化学反应对象可以包含多个化每一个化学反应对象可以包含多个化学反应，每个反应都要设定计量学参学反应，每个反应都要设定计量学

6、参数和动力学参数数和动力学参数/平衡参数。平衡参数。1、计量学参数、计量学参数(Stoichiometry)2、动力学参数、动力学参数(Kinetic)3、平衡参数、平衡参数(Equilibrium)计量学参数在计量学表单中为每一个化学反在计量学表单中为每一个化学反应创建一个对象，并选择对象类型为应创建一个对象，并选择对象类型为动力学动力学(Kinetic)或平衡或平衡(Equilibrium)型。输入反应方程式中的化学计量系型。输入反应方程式中的化学计量系数，对于幂律型反应对象，还要输入数，对于幂律型反应对象，还要输入动力学方程式中每一个浓度因子的幂动力学方程式中每一个浓度因子的幂指数。指数

7、。动力学参数(1)在动力学表单中为每一个化学反在动力学表单中为每一个化学反应输入反应动力学参数。应输入反应动力学参数。幂律型：反应动力学因子即反应速率常数幂律型：反应动力学因子即反应速率常数k k，它与温度的关系用修正的，它与温度的关系用修正的Arrhenius方方程表示：程表示：0011expTTRETTkkn动力学参数(2)LHHW型的型的反应速率方程：反应速率方程：Ar 动力学因子推动力表达式吸附表达式0011expTTRETTkn动力学因子12 lnlnjiqpijijlllllKCKCBKACTDTT推动力表达式其中：动力学参数(2)LHHW型的型的反应速率方程：反应速率方程：Ar

8、动力学因子推动力表达式吸附表达式 lnlnjmvijijiiiiiKCBKACTDTT吸附表达式其中：动力学参数(2)LHHW型的型的反应速率方程：反应速率方程：Ar 动力学因子推动力表达式吸附表达式 反应器容积为反应器容积为 5 m3，装填系数为，装填系数为 0.6，输入氮气作为保护气，输入氮气作为保护气体。为了保证釜内的惰性环境，输入氮气量应该使出釜物料的体。为了保证釜内的惰性环境，输入氮气量应该使出釜物料的气相分率保持在气相分率保持在 0.001 左右。左右。加料氨水的浓度为加料氨水的浓度为 4.1 kmol/m3，流，流量为量为 32.5 m3/hr。加料甲醛水溶液的浓度为。加料甲醛水

9、溶液的浓度为 6.3 kmol/m3，流量为，流量为32.5 m3/hr。求。求 35 C 下乌洛托品的产量和输入氮气流量下乌洛托品的产量和输入氮气流量，并分析并分析反应温度在反应温度在 2060 C 范围里对甲醛转化率的影响。范围里对甲醛转化率的影响。(D)(C)(B)(A)O6HNCHHCHO64NH24623smkmolCkCrBAA32/skmolmRTk267/1057.2exp1420性质：反应器内完全没有返混。可模拟单、两、三相的体系。只能处理动力学控制反应。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。模块有四组模

10、型参数模块有四组模型参数：1 1、模型模型设定设定(Specifications)2、反应器构型反应器构型(Configuration)3、化学反应、化学反应(Reactions)4、压力、压力(Pressure)1 1、指定温度的反应器、指定温度的反应器 (Reactor with specified temperature)，有三种方式设定操作温度：，有三种方式设定操作温度：1)进料温度下的恒温进料温度下的恒温(Constant at inlet temperature)2)指定反应器温度指定反应器温度(Constant at specified reactor temperature)3

11、)温度剖形温度剖形(Temperature Profile)，指定沿反应器长，指定沿反应器长度的温度分布度的温度分布2、绝热反应器、绝热反应器(Adiabatic Reactor)3、恒定冷却剂温度的反应器，设定传热系数和冷、恒定冷却剂温度的反应器，设定传热系数和冷却剂温度。却剂温度。(Reactor with constant coolant temperature)4、与冷却剂并流换热的反应器，设定传热系数。、与冷却剂并流换热的反应器，设定传热系数。(Reactor with co-current coolant)5、与冷却剂逆流换热的反应器，设定传热系数。、与冷却剂逆流换热的反应器，设定

12、传热系数。(Reactor with counter-current coolant)反应器构型需要输入反应器中反反应器构型需要输入反应器中反应管的根数、反应管的长度和直径，应管的根数、反应管的长度和直径，并指定有效相态。并指定有效相态。反应器长反应器长5米、内径米、内径0.5米，压降可忽略。加料为丁米，压降可忽略。加料为丁二烯和乙烯的等摩尔常压混合物，温度为二烯和乙烯的等摩尔常压混合物，温度为440 C。如。如果反应在绝热条件下进行，要求丁二烯的转化率达果反应在绝热条件下进行，要求丁二烯的转化率达到到12%，试求环己烯的产量，试求环己烯的产量 。(C)(B)(A)HCHCHC1064264s

13、mkmolCkCrBAA3/skmolmTRk/700111015.1exp08186.038性质：间歇或半间歇操作的搅拌釜，釜内达到理想混合。自动根据加料和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。模块有六组模型参数模块有六组模型参数：1 1、模型模型设定设定(Specifications)2、化学反应、化学反应(Reactions)3、停止判据停止判据(Stop Criteria)4、操作时间操作时间(Operation Time)5、连续加料连续加料(Continuous Feeds)6、控制器

14、控制器(Controllers)：反应器操作设定反应器操作设定(Reactor Operating Specification)有六个选项供选择：有六个选项供选择：1、恒温、恒温(Constant Temperature)2、温度剖形、温度剖形(Temperature Profiles)3、恒定热负荷、恒定热负荷(Constant Heat Duty)4、热负荷剖形、热负荷剖形(Heat Duty Profile)5、恒定冷却剂温度、恒定冷却剂温度(Constant Coolant Temperature)6、传热用户子程序、传热用户子程序(Heat Transfer User Subrout

15、ine)：压力设定压力设定(Pressure Specification)，有三个选项供选择：有三个选项供选择：1、指定反应器压力、指定反应器压力(Specify Reactor Pressure)2、指定压力剖形、指定压力剖形(Specify Reactor Pressure Profile)3、计算反应器压力、计算反应器压力(Calculate Reactor Pressure)：1 1、序号；、序号；2 2、位置：反应器，排气收集器，排气；、位置：反应器，排气收集器，排气；3 3、变量类型，如时间、转化率、温度、压力、体、变量类型，如时间、转化率、温度、压力、体积、组成、流量、物性等；积

16、、组成、流量、物性等；4 4、停止值，即变量达到该值时就停止釜内操作；、停止值，即变量达到该值时就停止釜内操作；：5 5、组分，与转化率、组成等变量配合使用；、组分，与转化率、组成等变量配合使用；6 6、子流股类别，有子流股时使用；、子流股类别，有子流股时使用；7 7、物性集、物性集ID,ID,变量为物性时使用；变量为物性时使用；8 8、趋近方向，即变量值是从大或小的方向趋近停、趋近方向，即变量值是从大或小的方向趋近停止值。止值。在间歇搅拌釜中等温反应，在间歇搅拌釜中等温反应，T=100 C，P=3bar，操作周，操作周期期2.5hr。加料为水溶液。加料为水溶液T=40 C，处理量，处理量1m

17、3/hr，含，含。求。求转化率为转化率为35%的反应时间，的反应时间，的产量，装填率的产量，装填率=0.7时所需的反应釜体积时所需的反应釜体积。(D)(C)(B)(A)OHHCOOCCHCOOHCHOHCHCH2523323smkmolCCKCCkrDCCBAA3/1637.93 10/2.92Ckmkmol sK考虑到釜液升考虑到釜液升/降温的影响，操作周期延长到降温的影响，操作周期延长到3hr，并，并按以下升按以下升/降温程序操作：降温程序操作：t=0,T=40 C;t=15min,T=80 C;t=30min,T=100 C;t=110min,T=100 C;t=140min,T=40 C。求求转化率为转化率为35%的反应时间，的反应时间，的产量的产量，装填率装填率=0.7时所需的反应釜体积时所需的反应釜体积。RTKskmolmRTkC819371039.1exp10019.1/10211.3exp2479.0