化工设计-15反应器.

化工设计任课教师：张宇第八章反应设备工艺设计化学动力学类反应器1、全混釜反应器(RCSTR)ContinuousStirredTankReactor2、平推流反应器(RPlug)PlugFlowReactor3、间歇釜反应器(RBatch)BatchStirredTankReactor根据化学动力学计算反应结果。包含三种反应器：RBatch—间歇釜反应器性质：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。RBatch—连接RBatch—模型参数RBatch模块有六组模型参数：1、模型设定(Specifications)2、化学反应(Reactions)3、停止判据(StopCriteria)4、操作时间(OperationTime)5、连续加料(ContinuousFeeds)6、控制器(Controllers)RBatch—模型设定模型设定包含操作设定、压力设定和有效态：反应器操作设定(ReactorOperatingSpecification)有六个选项供选择：1、恒温(ConstantTemperature)2、温度剖形(TemperatureProfiles)3、恒定热负荷(ConstantHeatDuty)4、热负荷剖形(HeatDutyProfile)5、恒定冷却剂温度(ConstantCoolantTemperature)6、传热用户子程序(HeatTransferUserSubroutine)选用温度剖形或热负荷剖形时，需输入不同时刻的温度值或热负荷值。选用恒定冷却剂温度时，需输入冷却剂温度、传热系数和传热面积的值。压强设定(PressureSpecification)，有三个选项供选择：1、指定反应器压强(SpecifyReactorPressure)2、指定压强剖形(SpecifyReactorPressureProfile)3、计算反应器压强(CalculateReactorPressure)选用压强剖形时，需输入不同时刻的压强值。选用计算反应器压强时，需输入反应器体积。如有排气，则还需设定排气口压强(Ventopeningpressure)。RBatch—停止判据停止判据(Stopcriterion)给定间歇釜在一个操作周期中结束反应阶段的条件。可以为间歇釜操作设定多个停止判据。计算过程中任何一个判据达到设定值后，反应即中止。停止判据通过以下参数设定：1、序号(Criterionnumber)2、位置(Location)3、变量类型(Variabletype)4、停止值(Stopvalue)5、组分(Component)6、子流股类别(Substream)7、物性集ID(PropertysetID)8、趋近方向(Approachfrom)判据位置：反应器；排气收集器；排气管变量类型：有转化率、浓度、物性等10余种变量可选：停止值给定反应停止时判据变量的数值；趋近方向表明变量是从大或小的方向接近停止值。RBatch—操作时间1、间歇周期时间(BatchCycleTime)为间歇釜操作周期设定时间指标有两种设定方式：•一个操作周期的总时间(Totalcycletime)；•批次加料时间(Batchfeedtime)(即：一次加料量除以连续来料流量)和辅助操作时间(Downtime)(即：一个操作周期减去反应时间)。2、剖形结果时间(ProfileResultTime)设定仿真计算的时间参数，包括最大计算时间(Maximumcalculationtime)、输出剖形结果的时刻之间的时间区间(Timeintervalbetweenprofilepoints)，以及最大时刻点数(Maximumnumberofprofilepoints)。RBatch—连续加料当存在连续加料流股时，在连续加料表单中设置各个连续加料流股的流量随时间的变化情况。有两种设置方式：1、基于加料流股的恒定流量(Flowisconstantatinletvalue)2、指定不同时刻的流量剖形(Specifyflowvs.timeprofile)RBatch—示例(1)乙醇和乙酸合成乙酸乙酯的化学反应方程式如下：在间歇搅拌釜中等温反应，T=100C，P=3bar，操作周期2.5hr。加料为水溶液，T=40C，P=3.5bar，处理量1m3/hr，含乙醇10.2kmol/m3、乙酸3.908kmol/m3。求乙酸转化率为35%的反应时间，乙酸乙酯的产量，装填率=0.7时所需的反应釜体积。3233252CHCHOHCHCOOHCHCOOCHHO(A)(B)(C)(D)反应速率方程式如下：31/AABCDCrkCCCCkmolmsK式中：637.9310/2.92CkmkmolsKRBatch—示例(2)如果将示例(1)的操作时间设置改为间歇加料时间2hr，辅助时间1hr，求乙酸转化率为35%时的反应时间，乙酸乙酯的产量，装填率=0.7时所需的反应釜体积。RBatch—示例(3)如果将示例(1)的反应釜用100C的饱和蒸汽加热，反应釜传热面积6m2，传热系数500W/m2K，求乙酸转化率为35%的反应时间，釜液温度随时间变化的曲线。