AspenPlu反应器模拟介绍

AspenPlus使用方法ReactorModels反应器模块反应器模块的类别1.生产能力类反应器（2种）2.热力学平衡类反应器（2种）3.化学动力学类反应器（3种）分为三大类七种反应器：生产能力类反应器1、化学计量反应器（RStoic）StoichiometricReactor2、产率反应器（RYield）YieldReactor由用户指定生产能力，不考虑热力学可能性和动力学可行性。包含两种反应器。RStoic—化学计量反应器性质：按照化学反应方程式中的计量关系进行反应，有并行反应和串联反应两种方式，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。RStoic—连接RStoic——模型参数RStoic模块有六组模型参数：1、模型设定(Specifications)2、化学反应(Reactions)3、反应热(HeatofReaction)4、选择性(Selectivity)5、粒度分布(PSD)6、组分属性(ComponentAttr.)RStoic——模型设定模型设定包含操作条件设定和有效相态设定：1、操作条件(OperationConditions)(1)压力；(2)温度/热负荷2、有效相态(ValidPhases)汽/液/固/汽-液/汽-液-液/液-游离水/汽-液-游离水RStoic——化学反应定义RStoic中进行的每一个化学反应的编号、化学计量关系、产物生成速率或反应物转化率。并指明计算多个反应的转化率时是否按照串联反应方式计算。RStoic——反应热设定反应热的计算类型：１、不计算反应热；２、根据生成热计算反应热；３、用户指定反应热。RStoic——选择性选择性定义为：idealrealAPAPAPS//,△P代表选定组分(selected)P的生成摩尔数；△A代表参照组分(reference)A的消耗摩尔数；real代表反应器内的实际情况；ideal代表只有A→P一个反应发生时的情况。RStoic—示例（1）甲烷与水蒸汽在镍催化剂下的转化反应为：22244HCOO2HCH原料气中甲烷与水蒸汽的摩尔比为14，流量为100kmol/hr。若反应在恒压及等温条件下进行，系统总压为0.1013MPa，温度为750℃，当反应器出口处CH4转化率为73%时，CO2和H2的产量是多少？反应热负荷是多少？RStoic—示例（2）反应和原料同示例（1），若反应在恒压及绝热条件下进行，系统总压为0.1013MPa，反应器进口温度为950℃，当反应器出口处CH4转化率为73%时，反应器出口温度是多少？RYield——产率反应器性质：根据每一种产与输入物流间的产率关系进行反应，只考虑总质量平衡，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。RYield——连接RYield——模型参数RYield模块有五组模型参数：1、模型设定(Specifications)2、产率(Yield)3、闪蒸选项(FlashOptions)4、粒度分布(PSD)5、组分属性(ComponentAttr.)RYield——模型设定模型设定包含操作条件设定和有效相态设定：1、操作条件(OperationConditions)(1)压力；(2)温度/热负荷2、有效相态(ValidPhases)汽/液/固/汽-液/汽-液-液/液-游离水/汽-液-游离水RYield——产率指定相对于每一单位质量非惰性进料而言，RYield出口物流中各种组分间的相对产率。并设定进料中的惰性组分。RYield—示例（1）甲烷与水蒸汽在镍催化剂下的转化反应为：22244HCOO2HCH原料气中甲烷与水蒸汽的摩尔比为14，流量为100kmol/hr。反应在恒压及等温条件下进行，系统总压为0.1013MPa，温度为750℃，如果反应器出口物流中摩尔比率CH4H2O:CO2:H2等于1:2:3:4时，CO2和H2的产量是多少？需要移走的反应热负荷是多少？此结果是否满足总质量平衡？是否满足元素平衡？RYield—示例（2）若在示例（1）的原料气中加入25kmol/hr氮气，其余条件不变，计算结果会发生什么变化？RYield—示例（3）以示例（2）的结果为基础，在Ryied模块的产率设置项中将氮气设置为惰性组份，重新计算，结果如何？热力学平衡类反应器1、平衡反应器（REquil）EquilibriumReactor2、吉布斯反应器（RGibbs）GibbsReactor根据热力学平衡条件计算反应结果，不考虑动力学可行性。包含两种反应器。REquil——平衡反应器性质：根据化学反应方程式进行反应，按照化学平衡关系式达到化学平衡，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。REquil——连接REquil——模型参数REquil模块有四组模型参数：1、模型设定(Specifications)2、化学反应(Reactions)3、收敛(Convergence)4、液沫夹带(Entrainment)REquil——模型设定模型设定包含操作条件设定和有效相态设定：1、操作条件(OperationConditions)(1)压力；(2)温度/热负荷2、有效相态(ValidPhases)汽/液/固/汽-液/汽-液-液/液-游离水/汽-液-游离水REquil——化学反应定义REquil中进行的每一个化学反应的编号、化学计量关系、产物生成比速率(Extend)或趋近平衡温度(TemperatureApproach)。比速率=速率/化学计量系数趋近平衡温度=△T意指在T+△T下计算化学反应平衡。REquil—示例（1）甲烷与水蒸汽在镍催化剂下的转化反应为：2243HCOOHCH原料气中甲烷与水蒸汽的摩尔比为14，流量为100kmol/hr。若反应在恒压及等温条件下进行，系统总压为0.1013MPa，温度为750℃，当反应器出口处达到平衡时，CO2和H2的产量是多少？反应热负荷是多少？222HCOOHCOREquil—示例（2）分析示例（1）中反应温度在300~1000℃范围变化时对反应器出口物流CH4质量分率的影响。REquil—示例（3）将示例(1)中的反应温度设为1000℃，分别分析反应(1)和反应(2)的趋近平衡温度在–200~0℃范围变化时对反应器出口物流CH4质量分率和CO/CO2摩尔比的影响。RGibbs—吉布斯反应器性质：根据系统的Gibbs自由能趋于最小值的原则，计算同时达到化学平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。RGibbs——连接RGibbs——模型参数RGibbs模块有五组模型参数：1、模型设定(Specifications)2、产物(Products)3、物流指定(AssignSteams)4、惰性物(Inerts)5、限制平衡(RestrictedEquilibrium)RGibbs——模型设定模型设定包含操作条件、计算选项和相态设定：1、操作条件(OperationConditions)(1)压力；(2)温度/热负荷2、计算选项(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3、相态(Phases)输入存在的相态数。RGibbs——产物有三种选择：1、系统中的所有组分都可以是产物；2、指定可能的产物组分；3、定义产物存在的相态。RGibbs——限制平衡有两种选择：1、设定整个系统的趋近平衡温度；2、指定各个化学反应趋近平衡的温度，需要知道化学反应方程式。RGibbs—示例（1）甲烷与水蒸汽在镍催化剂下的转化反应为：2243HCOOHCH原料气中甲烷与水蒸汽的摩尔比为14，流量为100kmol/hr。若反应在恒压及等温条件下进行，系统总压为0.1013MPa，温度为750℃，当反应器出口处达到平衡时，CO2和H2的产量是多少？反应热负荷是多少？与REquil的结果进行比较。222HCOOHCORGibbs—示例（2）若在示例(1)中的原料气中加入25kmol/hr的氮气，并考虑氮与氢结合生成氨的副反应，求反应器出口物流中CH4和NH3的质量分率。如果将氮设为惰性组份，结果有什么变化？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)BatchReactor根据化学动力学计算反应结果。包含三种反应器。RCSTR—全混釜反应器性质：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——连接RCSTR——模型参数RCSTR模块有两组模型参数：1、操作条件(OperationConditions)1)压力(Pressure)2)温度/热负荷(Temperature/HeatDuty)2、持料状态(Holdup)1)有效相态(ValidPhases)2)设定方式(SpecificationType)RCSTR——设定方式设定方式有7个可选项：1、反应器体积(ReactorVolume)只需输入反应器的体积。2、停留时间(ResidenceTime)只需输入物料在反应器中的平均停留时间。3、反应器体积和相体积(ReactorVolume&PhaseVolume)必须输入反应器体积和气相/凝聚相所占的体积。4、反应器体积和相体积分率(ReactorVolume&PhaseVolumeFraction)必须输入反应器体积和气相/凝聚相所占的体积分率。5、反应器体积和相停留时间(ReactorVolume&PhaseResidenceTime)必须输入反应器体积和气相/凝聚相在反应器中的停留时间。6、停留时间和相体积分率(ResidenceTime&PhaseVolumeFraction)必须输入物料在反应器中的总平均停留时间和气相/凝聚相所占的体积分率。7、相停留时间和体积分率(PhaseResidenceTime&VolumeFraction)必须输入气相/凝聚相在反应器中的停留时间和所占的体积分率。RCSTR——选择反应RCSTR中的化学反应通过选用预定义的化学反应对象来设定。Reactions—化学反应对象用途：为三类动力学反应器模块和RadFrac模块提供反应的计量关系、平衡关系和动力学关系。Reactions——对象类型创建化学反应对象时，需赋予对象ID和选择对象类型。我们可用的类型有三种：1、LHHW型(Langmuir-Hinshelwood-Hougen-Watson)2、幂律型(PowerLaw)3、反应精馏型(Reac-Dist)Reactions——反应设定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数和动力学参数/平衡参数。1、计量学参数(Stoichiometry)2、动力学参数(Kinetic)3、平衡参数(Equilibrium)Reactions——计量学参数在计量学表单中为每一个化学反应创建一个对象，并选择对象类型为动力学(Kinetic)或平衡(Equilibrium)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，还要输入动力学方程式中每一个浓度因子的幂指数。Reactions—动力学参数(1)在动力学表单中为每一个化学反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k’，它与温度的关系用修正的Arrhenius方程表示：0011exp'TTRETTkknReactions—动力学参数(2)LHHW型的反应速率方