化工流程模擬實訓(xùn)—AspenPlus教程孫蘭義主編配套PPS反應(yīng)器單元模擬

1、第8章 反應(yīng)器單元模擬目錄 8.1 反應(yīng)器基礎(chǔ)知識 8.2 反應(yīng)器單元模擬概述 8.3 化學(xué)計量反應(yīng)器RStoic 8.4 產(chǎn)率反應(yīng)器RYield 8.5 平衡反應(yīng)器REquiln8.6 吉布斯反應(yīng)器吉布斯反應(yīng)器Rgibbsn8.7 化學(xué)反應(yīng)對象化學(xué)反應(yīng)對象n8.8 全混釜反應(yīng)器全混釜反應(yīng)器RCSTRn8.9 平推流反應(yīng)器平推流反應(yīng)器Rplugn8.10 間歇式反應(yīng)器間歇式反應(yīng)器RBatch8.1 反應(yīng)器基礎(chǔ)知識基本概念 化學(xué)計量方程它是表示各反應(yīng)物、生成物在反應(yīng)過程的變化關(guān)系的方程。N2+3H2=2NH3 有S個組分參與反應(yīng)，計量方程：一般形式為： 2NH3-N2-3H2=08.1 反應(yīng)器基

2、礎(chǔ)知識基本概念注意：1）計量方程本身與反應(yīng)的實際歷程無關(guān)。2）乘以一非零的系數(shù) i后，可得新的計量方程。3）與化學(xué)反應(yīng)方程不同，化學(xué)反應(yīng)方程表示的是方向，而計量方程表示的是量。4）單一反應(yīng)；復(fù)合反應(yīng)。8.1 反應(yīng)器基礎(chǔ)知識基本概念 化學(xué)反應(yīng)速率1.間歇系統(tǒng)化學(xué)反應(yīng)速率是以單位時間，單位反應(yīng)區(qū)內(nèi)關(guān)鍵組分K的物質(zhì)量摩爾數(shù)變化來定義K組分的反應(yīng)速率。單位反應(yīng)區(qū)可以是單位反應(yīng)體積或單位反應(yīng)系統(tǒng)的重量。8.1 反應(yīng)器基礎(chǔ)知識基本概念8.1 反應(yīng)器基礎(chǔ)知識基本概念反應(yīng)物速率前應(yīng)冠以負號。避免出現(xiàn) 0，使反應(yīng)速率出現(xiàn)負值。各反應(yīng)速率間的關(guān)系：8.1 反應(yīng)器基礎(chǔ)知識基本概念當(dāng)V恒定時，8.1 反應(yīng)器基礎(chǔ)知識基

3、本概念2.連續(xù)系統(tǒng)可表示為單位反應(yīng)體積中（或單位反應(yīng)表面積上、或單位質(zhì)量固體或催化劑上）某一反應(yīng)物或產(chǎn)物的摩爾流量的變化。在氣-固相催化反應(yīng)中，由于實驗反應(yīng)器與工業(yè)反應(yīng)器中催化劑的填充方式不同，一般按單位質(zhì)量催化劑來計算反應(yīng)速率便于換算到工業(yè)反應(yīng)器中的反應(yīng)速率。8.1 反應(yīng)器基礎(chǔ)知識基本概念 其它定義液空速：反應(yīng)混合物以液體進入反應(yīng)器，常以25下液體的體積流量表示空速。濕空速：如果氣體混合物有水蒸氣。干空速：不計水蒸氣時的空速?？臻g速度：是單位反應(yīng)體積所能處理的反應(yīng)混合物的體積流量。8.1 反應(yīng)器基礎(chǔ)知識基本概念 反應(yīng)進度描述反應(yīng)進行的程度，針對整個反應(yīng)過程而言。是各組分在反應(yīng)前后的摩爾數(shù)變化

4、與計量系數(shù)的比值，用表示。計量系數(shù)r，對于反應(yīng)物為“-”，對于產(chǎn)物為“+”，則0 。8.1 反應(yīng)器基礎(chǔ)知識基本概念 轉(zhuǎn)化率定義：關(guān)鍵組分A反應(yīng)掉的物質(zhì)的量與其開始時物質(zhì)的量之比。注意：如果反應(yīng)物不只是一種，針對不同反應(yīng)物計算出來為x 不一定相同。8.1 反應(yīng)器基礎(chǔ)知識基本概念 收率與選擇性收率：為了表達已反應(yīng)的關(guān)鍵組分中轉(zhuǎn)化為目的產(chǎn)物的分率，定義選擇性如下：轉(zhuǎn)化率、收率、選擇性之間的關(guān)系為：Y=xs8.1 反應(yīng)器基礎(chǔ)知識分類 化學(xué)反應(yīng)和反應(yīng)器的分類化學(xué)反應(yīng)和反應(yīng)器的分類方法很多，常按下列四種方法進行分類。1、按反應(yīng)系統(tǒng)涉及的相態(tài)分類l 包括氣相均相反應(yīng)和液相均相反應(yīng)。l 包括氣-固相，氣-液相

5、，氣-液-固相反應(yīng)等。均相反應(yīng)非均相反應(yīng)8.1 反應(yīng)器基礎(chǔ)知識分類2、按操作方式分類l 指一批物料投入反應(yīng)器后，經(jīng)過一定時間的反應(yīng)再取出的操作方法。l 指反應(yīng)物料連續(xù)地通過反應(yīng)器的操作方式。l 指反應(yīng)器中的物料，有一些是分批地加入或取出，而另一些則是連續(xù)流動通過反應(yīng)器。間歇操作連續(xù)操作半連續(xù)操作8.1 反應(yīng)器基礎(chǔ)知識分類3、按反應(yīng)器型式來分類l 一般長徑比大于30；l 一般高徑比為1-3；l 一般高徑比在3-30之間。管式反應(yīng)器槽式反應(yīng)器塔式反應(yīng)器8.1 反應(yīng)器基礎(chǔ)知識分類4、按傳熱條件分類l 整個反應(yīng)器維持恒溫，這對傳熱要求很高。l 反應(yīng)器與外界沒有熱量交換，全部反應(yīng)熱效應(yīng)使物料升溫或降溫。

6、l 與外界有熱量交換，但不等溫。等溫反應(yīng)器絕熱反應(yīng)器非等溫、非絕熱反應(yīng)器8.1 反應(yīng)器基礎(chǔ)知識分類 理想反應(yīng)器在工業(yè)上化學(xué)反應(yīng)必然要在某種設(shè)備內(nèi)進行，這種設(shè)備就是反應(yīng)器。根據(jù)各種化學(xué)反應(yīng)的不同特性，反應(yīng)器的形式和操作方式有很大差異。從本質(zhì)上講，反應(yīng)器的形式并不會影響化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)特性。但是物料在不同類型的反應(yīng)器中流動情況是不同的。8.1 反應(yīng)器基礎(chǔ)知識分類 簡單混合與返混l若相互混合的物料是在相同的時間進入反應(yīng)器的，具有相同的反應(yīng)程度，混合后的物料必然與混合前的物料完全相同。這種發(fā)生在停留時間相同的物料之間的均勻化過程，稱之為簡單混合。l如果發(fā)生混合前的物料在反應(yīng)器內(nèi)停留時間不同，反應(yīng)程度就不

7、同，組成也不會相同。混合之后的物料組成與混合前必然不同，反應(yīng)速率也會隨之發(fā)生變化，這種發(fā)生在停留時間不同的物料之間的均勻化過程，稱之為返混。8.1 反應(yīng)器基礎(chǔ)知識分類按物料在反應(yīng)器內(nèi)返混情況作為反應(yīng)器分類的依據(jù)將能更好的反映出其本質(zhì)上的差異。按返混情況不同反應(yīng)器被分為以下類型：間歇式反應(yīng)器間歇式反應(yīng)器平推流反應(yīng)器平推流反應(yīng)器全混流反應(yīng)器全混流反應(yīng)器連續(xù)流動反應(yīng)器連續(xù)流動反應(yīng)器完全沒有返混完全沒有返混返混極大返混極大8.1 反應(yīng)器基礎(chǔ)知識分類1、間歇式反應(yīng)器間歇操作的充分攪拌槽式反應(yīng)器（簡稱間歇式反應(yīng)器）。在反應(yīng)器中物料被充分混合，但由于所有物料均為同一時間進入的，物料之間的混合過程屬于簡單混合

8、，不存在返混。8.1 反應(yīng)器基礎(chǔ)知識分類反應(yīng)物料一次投入反應(yīng)器內(nèi)，在反應(yīng)過程中不再向反應(yīng)器內(nèi)投料，也不向外排出，待反應(yīng)達到要求的轉(zhuǎn)化率后，再全部放出反應(yīng)物料。反應(yīng)器內(nèi)的物料在攪拌的作用下其參數(shù)（溫度及濃度）各處均一。8.1 反應(yīng)器基礎(chǔ)知識分類8.1 反應(yīng)器基礎(chǔ)知識分類間歇式反應(yīng)器特點：由于劇烈攪拌、混合，反應(yīng)器內(nèi)有效空間中各位置的物料溫度、濃度都相同；由于一次加料，一次出料，反應(yīng)過程中沒有加料、出料，所有物料在反應(yīng)器中停留時間相同，不存在不同停留時間物料的混合，即無返混現(xiàn)象；出料組成與反應(yīng)器內(nèi)物料的最終組成相同；為間歇操作，有輔助生產(chǎn)時間。一個生產(chǎn)周期應(yīng)包括反應(yīng)時間、加料時間、出料時間、清洗時

9、間、加熱（或冷卻）時間等。8.1 反應(yīng)器基礎(chǔ)知識分類2、平推流反應(yīng)器平推流反應(yīng)器（或活塞流反應(yīng)器）在連續(xù)流動的反應(yīng)器內(nèi)物料允許作徑向混合（屬于簡單混合）但不存在軸向混合（即無返混）。典型例子是物料在管內(nèi)流速較快的管式反應(yīng)器。8.1 反應(yīng)器基礎(chǔ)知識分類平推流反應(yīng)器是指通過反應(yīng)器的物料沿同一方向以相同速度向前流動，像活塞一樣在反應(yīng)器中向前平推，故又稱為活塞流。8.1 反應(yīng)器基礎(chǔ)知識分類8.1 反應(yīng)器基礎(chǔ)知識分類平推流反應(yīng)器特點：由于流體沿同一方向，以相同速度向前推進，在反應(yīng)器內(nèi)沒有物料的返混，所有物料在反應(yīng)器中的停留時間都是相同的；在垂直于流動方向上的同一截面，不同徑向位置的流體特性（組成、溫度等

10、）是一致的；在定常態(tài)下操作，反應(yīng)器內(nèi)狀態(tài)只隨軸向位置改變，不隨時間改變。實際生產(chǎn)中對于管徑較小、長度較長、流速較大的管式反應(yīng)器，列管固定床反應(yīng)器等，常可按平推流反應(yīng)器處理。8.1 反應(yīng)器基礎(chǔ)知識分類3、全混流反應(yīng)器連續(xù)操作的充分攪拌槽型反應(yīng)器（簡稱全混流反應(yīng)器）。在這類反應(yīng)器中物料返混達最大值。8.1 反應(yīng)器基礎(chǔ)知識分類全混流反應(yīng)器又稱全混釜或連續(xù)流動充分攪拌槽式反應(yīng)器，簡稱CSTR。流入反應(yīng)器的物料，在瞬間與反應(yīng)器內(nèi)的物料混合均勻，即在反應(yīng)器中各處物料的溫度、濃度都是相同的。8.1 反應(yīng)器基礎(chǔ)知識分類8.1 反應(yīng)器基礎(chǔ)知識分類全混流反應(yīng)器特點：物料在反應(yīng)器內(nèi)充分返混；反應(yīng)器內(nèi)各處物料參數(shù)均一

11、；反應(yīng)器的出口組成與器內(nèi)物料組成相同；連續(xù)、穩(wěn)定流動，是一定態(tài)過程。8.2 反應(yīng)器單元模擬概述 Aspen Plus根據(jù)不同的反應(yīng)器形式，提供了七種不同的反應(yīng)器模塊。 這七類反應(yīng)器模塊可以劃分為三類：1. 基于物料平衡的反應(yīng)器（RStoic，RYield）；2. 基于化學(xué)平衡的反應(yīng)器（REquil，RGibbs）；3. 動力學(xué)反應(yīng)器（RCSTR，RPlug，RBatch）。模塊模塊說明說明功能功能適用對象適用對象RStoic化學(xué)計量反應(yīng)器化學(xué)計量反應(yīng)器規(guī)定反應(yīng)程度和轉(zhuǎn)規(guī)定反應(yīng)程度和轉(zhuǎn)化率的化學(xué)計量反化率的化學(xué)計量反應(yīng)器模塊應(yīng)器模塊反應(yīng)動力學(xué)數(shù)據(jù)未知或不重要，但化學(xué)計反應(yīng)動力學(xué)數(shù)據(jù)未知或不重要，

12、但化學(xué)計量系數(shù)和反應(yīng)程度已知的反應(yīng)器量系數(shù)和反應(yīng)程度已知的反應(yīng)器RYield產(chǎn)率反應(yīng)器產(chǎn)率反應(yīng)器規(guī)定產(chǎn)率的反應(yīng)器規(guī)定產(chǎn)率的反應(yīng)器模塊模塊化學(xué)計量系數(shù)和反應(yīng)動力學(xué)數(shù)據(jù)未知或不化學(xué)計量系數(shù)和反應(yīng)動力學(xué)數(shù)據(jù)未知或不重要，但產(chǎn)率分布已知的反應(yīng)器重要，但產(chǎn)率分布已知的反應(yīng)器REquil平衡反應(yīng)器平衡反應(yīng)器通過化學(xué)計量系數(shù)通過化學(xué)計量系數(shù)計算實現(xiàn)化學(xué)平衡計算實現(xiàn)化學(xué)平衡和相平衡和相平衡化學(xué)平衡和相平衡同時發(fā)生的反應(yīng)器化學(xué)平衡和相平衡同時發(fā)生的反應(yīng)器RGibbs吉布斯反應(yīng)器吉布斯反應(yīng)器通過通過Gibbs自由能自由能最小實現(xiàn)化學(xué)平衡最小實現(xiàn)化學(xué)平衡和相平衡和相平衡化學(xué)平衡和相平衡同時發(fā)生的反應(yīng)器，對化學(xué)平衡和

13、相平衡同時發(fā)生的反應(yīng)器，對固體溶液和汽固體溶液和汽-液液-固系統(tǒng)計算相平衡固系統(tǒng)計算相平衡RCSTR全混釜反應(yīng)器全混釜反應(yīng)器模擬全混釜反應(yīng)器模擬全混釜反應(yīng)器帶反應(yīng)速率控制和平衡反應(yīng)的單相、兩相帶反應(yīng)速率控制和平衡反應(yīng)的單相、兩相或三相全混釜反應(yīng)器或三相全混釜反應(yīng)器RPlug平推流反應(yīng)器平推流反應(yīng)器模擬平推流反應(yīng)器模擬平推流反應(yīng)器帶反應(yīng)速率控制的單相、兩相或三相平推帶反應(yīng)速率控制的單相、兩相或三相平推流反應(yīng)器流反應(yīng)器RBatch間歇式反應(yīng)器間歇式反應(yīng)器模擬間歇式或半間模擬間歇式或半間歇式反應(yīng)器歇式反應(yīng)器帶反應(yīng)速率控制的單相、兩相或三相間歇帶反應(yīng)速率控制的單相、兩相或三相間歇和半間歇的反應(yīng)器和半間

14、歇的反應(yīng)器8.2 反應(yīng)器單元模擬概述8.3 化學(xué)計量反應(yīng)器RStoicl按照化學(xué)反應(yīng)方程式中的計量關(guān)系進行反應(yīng)，有平行反應(yīng)和串聯(lián)反應(yīng)兩種方式。l用于模擬化學(xué)平衡數(shù)據(jù)和動力學(xué)數(shù)據(jù)未知或不重要的反應(yīng)器，還可以計算產(chǎn)品的選擇性和反應(yīng)熱。8.3 化學(xué)計量反應(yīng)器RStoic8.3 化學(xué)計量反應(yīng)器RStoic RStoic模塊的連接圖如下： 8.3 化學(xué)計量反應(yīng)器RStoicl 用化學(xué)計量反應(yīng)器RStoic模擬計算時，需要規(guī)定反應(yīng)器的操作條件，并選擇反應(yīng)器的閃蒸計算相態(tài)；l 還需要規(guī)定在反應(yīng)器中發(fā)生的反應(yīng)，對每個反應(yīng)必須規(guī)定化學(xué)計量系數(shù)，并分別指定每一個反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率或產(chǎn)品流率。8.3 化學(xué)計量反應(yīng)器RSt

15、oic RStoic 模塊有七組模型參數(shù)：1、模型設(shè)定 (Specifications)2、化學(xué)反應(yīng) (Reactions)3、燃燒 (Combustion)4、反應(yīng)熱 (Heat of Reaction)5、選擇性 (Selectivity)6、粒度分布 (PSD)7、組分屬性 (Component Attr.)8.3 化學(xué)計量反應(yīng)器RStoic1、模型設(shè)定(Specifications)包括操作條件和有效相態(tài)。8.3 化學(xué)計量反應(yīng)器RStoic2、化學(xué)反應(yīng)(Reactions)需要規(guī)定在反應(yīng)器中發(fā)生的所有反應(yīng)。8.3 化學(xué)計量反應(yīng)器RStoic定義每個反應(yīng)時，必須規(guī)定化學(xué)計量系數(shù)，并分別指

16、定每一個反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率或產(chǎn)品流率?；瘜W(xué)計化學(xué)計量系數(shù)量系數(shù)產(chǎn)品流率產(chǎn)品流率反應(yīng)轉(zhuǎn)化率反應(yīng)轉(zhuǎn)化率8.3 化學(xué)計量反應(yīng)器RStoic3、反應(yīng)熱 (Heat of Reaction)如果需要計算反應(yīng)熱，可在Heat of Reaction頁面對每個反應(yīng)規(guī)定參考組分，也可選擇規(guī)定反應(yīng)熱，化學(xué)計量反應(yīng)器RStoic調(diào)整計算的反應(yīng)器負荷。8.3 化學(xué)計量反應(yīng)器RStoic規(guī)定參考組分規(guī)定參考組分計算反應(yīng)熱計算反應(yīng)熱8.3 化學(xué)計量反應(yīng)器RStoic規(guī)定反應(yīng)熱規(guī)定反應(yīng)熱8.3 化學(xué)計量反應(yīng)器RStoic8.3 化學(xué)計量反應(yīng)器RStoic4、選擇性 (Selectivity)若需要計算產(chǎn)品的選擇性，可在Sele

17、ctivity頁面規(guī)定所選擇的產(chǎn)品組分和參考的反應(yīng)物組分。規(guī)定選擇規(guī)定選擇性參考組性參考組分分8.3 化學(xué)計量反應(yīng)器RStoic所選擇的組分P對參考組分A的選擇性規(guī)定為P選擇組分P的摩爾數(shù)改變量；A參考組分A的摩爾數(shù)改變量；下標(biāo)Real表示反應(yīng)器中的實際情況；下標(biāo)Ideal表示一個理想反應(yīng)系統(tǒng)的情況。RealP,AIdealPASPA8.3 化學(xué)計量反應(yīng)器RStoic在多數(shù)情況下，選擇性在0和1之間。l如果所選擇的組分由參考組分以外的其它組分生成，選擇性會大于1；l如果所選擇的組分在其它反應(yīng)中消耗，選擇性可能會小于0。8.3 化學(xué)計量反應(yīng)器RStoic5、粒度分布和組分屬性 當(dāng)反應(yīng)生成固體或固

18、體改變時，可以分別在Attr.頁面和PSD頁面規(guī)定組分屬性和粒子的尺寸分布。8.3 化學(xué)計量反應(yīng)器RStoic例8.1 用化學(xué)計量反應(yīng)器RStoic模擬1-丁烯的異構(gòu)化反應(yīng)，涉及到的反應(yīng)及轉(zhuǎn)化率如下表所示。進料溫度為16，壓力為196kPa，進料中正丁烷（N-BUTANE）、1-丁烯（1-BUTENE）、順-2-丁烯（CIS-2BUT）、反-2-丁烯（TR-2BUT）、異丁烯（ISOBUT）的流率分別為35000kg/hr、10000kg/hr、4500kg/hr、6800kg/hr、1450kg/hr，反應(yīng)器的溫度為400，壓力為196kPa。物性方法選用RK-SOAVE。反應(yīng)轉(zhuǎn)化率1-BU

19、TENEISOBUT0.364(1-BUTENE)PROPYLEN+2MET2BUT+1-OCTENE0.04CIS-2BUTISOBUT0.364(CIS-2BUT)PROPYLEN+2MET2BUT+1-OCTENE0.04TR-2BUTISOBUT0.364(TR-2BUT)PROPYLEN+2MET2BUT+1-OCTENE0.04問：每個反應(yīng)的反應(yīng)熱是多少？異丁烯對1-丁烯的選擇性是多少？ 8.3 化學(xué)計量反應(yīng)器RStoic8.4 產(chǎn)率反應(yīng)器RYield 產(chǎn)率反應(yīng)器RYield可以模擬化學(xué)計量系數(shù)和反應(yīng)動力學(xué)數(shù)據(jù)未知或不重要的反應(yīng)，但需要已知反應(yīng)產(chǎn)物的產(chǎn)率分布。 產(chǎn)率反應(yīng)器RYiel

20、d只考慮總質(zhì)量平衡，能夠模擬單相、兩相和三相反應(yīng)器。8.4 產(chǎn)率反應(yīng)器RYield8.4 產(chǎn)率反應(yīng)器RYield RYield模塊的連接圖如下：8.4 產(chǎn)率反應(yīng)器RYieldRYield模塊有六組模型參數(shù)：1、模型設(shè)定 (Specifications)2、產(chǎn)率 (Yield)3、閃蒸選項 (Flash Options)4、粒度分布 (PSD)5、組分屬性 (Comp. Attr.)6、組分映射 (Comp. Mapping)8.4 產(chǎn)率反應(yīng)器RYield1、模型設(shè)定(Specifications)包括操作條件和有效相態(tài)。操作條件操作條件有效相態(tài)有效相態(tài)8.4 產(chǎn)率反應(yīng)器RYield2、產(chǎn)率 (

21、Yield)產(chǎn)率設(shè)置有四個選項可選：組分產(chǎn)率（Component yields）組分映射（Component mapping）石油餾分表征（Petro characterization）用戶子程序（User Subroutine）8.4 產(chǎn)率反應(yīng)器RYield當(dāng)選擇組分產(chǎn)率選項時，對于反應(yīng)產(chǎn)物中的每一個組分進行產(chǎn)率規(guī)定。計算的產(chǎn)率基于每單位質(zhì)量的總進料被圓整，以維持整體的物料平衡，因此產(chǎn)率規(guī)定只是建立了一個產(chǎn)率分布，而不是絕對產(chǎn)率。8.4 產(chǎn)率反應(yīng)器RYield當(dāng)規(guī)定了惰性組分（Inert Components）后，產(chǎn)率是以單位質(zhì)量的非惰性進料為基礎(chǔ)計算的8.4 產(chǎn)率反應(yīng)器RYield當(dāng)選擇組

22、分映射選項時，需在Comp. Mapping頁面設(shè)置各種結(jié)合（Lump）反應(yīng)和分解（De-lump）反應(yīng)所涉及的組分之間的定量關(guān)系。當(dāng)反應(yīng)生成固體或固體改變時，可以在Comp. Attr.頁面和PSD頁面分別規(guī)定它們的組分屬性和粒子尺寸。8.4 產(chǎn)率反應(yīng)器RYield例8.2 已知反應(yīng)CH4+2H2OCO2+4H2，進料中甲烷、水蒸汽的流率分別為20kmol/hr、80kmol/hr，進料溫度為750，壓力為0.1013MPa。反應(yīng)在恒溫恒壓條件下進行，溫度、壓力與進料相同，反應(yīng)器出口物流中CH4:H2O:CO2:H2的摩爾比為1:6:1:4。物性方法選用PENG-ROB。問反應(yīng)器熱負荷為多少

23、？CO2和H2的流率分別為多少？8.5平衡反應(yīng)器REquil平衡反應(yīng)器REquil按照化學(xué)反應(yīng)方程式中的計量關(guān)系進行反應(yīng)計算，同時計算相平衡和化學(xué)平衡，不考慮反應(yīng)動力學(xué)。平衡反應(yīng)器REquil能夠模擬單相和兩相反應(yīng)，不能進行三相計算。8.5平衡反應(yīng)器REquil8.5平衡反應(yīng)器REquil REquil模塊的連接圖如下：8.5平衡反應(yīng)器REquil REquil 模塊有四組模型參數(shù)：1、模型設(shè)定 (Specifications)2、化學(xué)反應(yīng) (Reactions)3、收斂 (Convergence)4、液沫夾帶 (Entrainment)8.5平衡反應(yīng)器REquil1、模型設(shè)定 (Specif

24、ications)包括操作條件和有效相態(tài)。操作條件操作條件有效相態(tài)有效相態(tài)8.5平衡反應(yīng)器REquil2、化學(xué)反應(yīng) (Reactions)需要規(guī)定在反應(yīng)器中發(fā)生的反應(yīng)，對每個反應(yīng)指定化學(xué)計量系數(shù)。8.5平衡反應(yīng)器REquilREquil由Gibbs自由能計算平衡常數(shù)，可以通過規(guī)定產(chǎn)物生成比速率或趨近平衡溫度來限制平衡。產(chǎn)物生成比速率Extend=速率/化學(xué)計量系數(shù)趨近平衡溫度（Temperature Approach）=反應(yīng)溫度+趨近平衡溫度8.5平衡反應(yīng)器REquil8.5平衡反應(yīng)器REquill 平衡反應(yīng)器REquil處理常規(guī)的固體時，把每個特定的固體視為一個單獨的純固相。l 不參加反應(yīng)的

25、固體，包括非常規(guī)的組分，被視為惰性成分。這些固體不影響化學(xué)平衡，只影響能量平衡。8.5平衡反應(yīng)器REquil3、液沫夾帶 (Entrainment)當(dāng)有效相態(tài)為氣-液兩相時，可以規(guī)定液沫夾帶。8.5平衡反應(yīng)器REquil例8.3 由甲醇生產(chǎn)氫氣的反應(yīng)如下：CH4O2H2+CO；CO+H2OH2+CO2進料流率為100kmol/hr；其中甲醇與水的摩爾比為1:4；進料溫度為232，壓力為0.1013MPa；反應(yīng)器溫度為232，壓力為0.1013MPa；物性方法選用PENG-ROB。當(dāng)反應(yīng)達到平衡時，氫氣產(chǎn)品的流率為多少？反應(yīng)熱負荷是多少？8.6吉布斯反應(yīng)器RGibbs RGibbs根據(jù)系統(tǒng)Gib

26、bs自由能趨于最小的原則，計算同時達到化學(xué)平衡和相平衡時的情況。 不要求規(guī)定反應(yīng)的化學(xué)計量系數(shù)，可以應(yīng)用于發(fā)生的反應(yīng)未知或由于有許多組分參與反應(yīng)致使反應(yīng)數(shù)量很多的情況。 吉布斯反應(yīng)器RGibbs是唯一能處理汽-液-固相平衡的反應(yīng)器模塊。8.6吉布斯反應(yīng)器RGibbs8.6吉布斯反應(yīng)器RGibbs RGibbs模塊的連接圖如下：8.6吉布斯反應(yīng)器RGibbs RGibbs 模塊有五組模型參數(shù)：1、模型設(shè)定 (Specifications)2、產(chǎn)物 (Products)3、指定物流 (Assign Steams) 4、惰性物 (Inerts)5、限制平衡 (Restricted Equilibri

27、um)8.6吉布斯反應(yīng)器RGibbs1、模型設(shè)定 (Specifications)包括操作條件、計算選項和存在的相態(tài)數(shù)。操作條件操作條件計算選項計算選項相態(tài)相態(tài)8.6吉布斯反應(yīng)器RGibbs計算選項可選擇僅計算相平衡、同時計算化學(xué)平衡和相平衡、或受限制的化學(xué)平衡。8.6吉布斯反應(yīng)器RGibbs2、產(chǎn)物 (Products)系統(tǒng)中所有的組分都可以是產(chǎn)物；指定可能的產(chǎn)物組分；定義產(chǎn)物存在的相態(tài)。 由于不用輸入反應(yīng)，所以需要規(guī)定產(chǎn)物的情況：8.6吉布斯反應(yīng)器RGibbs2、產(chǎn)物 (Products)系統(tǒng)中所有的組分都可以是產(chǎn)物；8.6吉布斯反應(yīng)器RGibbs2、產(chǎn)物 (Products)指定可能的產(chǎn)

28、物組分；8.6吉布斯反應(yīng)器RGibbs2、產(chǎn)物 (Products)定義產(chǎn)物存在的相態(tài)。 8.6吉布斯反應(yīng)器RGibbs3、指定物流 (Assign Steams) 可以選擇自動指定出口物流相態(tài)，或使用關(guān)鍵組分和截尾摩爾分率指定出口物流相態(tài)。8.6吉布斯反應(yīng)器RGibbs4、惰性物 (Inerts)如果有不參加反應(yīng)的惰性組分，可以在Inerts頁面規(guī)定哪些組分為惰性組分，以及該組分不參加反應(yīng)的摩爾流率或分率。8.6吉布斯反應(yīng)器RGibbs5、限制平衡 (Restricted Equilibrium)可以通過設(shè)定整個系統(tǒng)的趨近平衡溫度，或分別指定各個化學(xué)反應(yīng)的趨近平衡溫度來限制平衡。8.6吉布斯

29、反應(yīng)器RGibbs例8.3 由甲醇生產(chǎn)氫氣的反應(yīng)如下：CH4O2H2+CO；CO+H2OH2+CO2進料流率為100kmol/hr；其中甲醇與水的摩爾比為1:4；進料溫度為232，壓力為0.1013MPa；反應(yīng)器溫度為232，壓力為0.1013MPa；物性方法選用PENG-ROB。當(dāng)反應(yīng)達到平衡時，氫氣產(chǎn)品的流率為多少？反應(yīng)熱負荷是多少？比較REquil模塊與RGibbs模塊的計算結(jié)果。8.7 化學(xué)反應(yīng)對象化學(xué)反應(yīng)對象可以用于動力學(xué)反應(yīng)器（RCSTR、RPlug、RBatch）和反應(yīng)精餾（RadFrac）的計算?；瘜W(xué)反應(yīng)對象是獨立于反應(yīng)器模塊或塔模塊的，可以同時應(yīng)用于多個模塊中。 建立新的化學(xué)

30、反應(yīng)對象需要輸入反應(yīng)ID并選擇對象類型，常用的對象類型有三種：8.7 化學(xué)反應(yīng)對象化學(xué)反應(yīng)對象 LHHW型（Langmuir-Hinshelwood-Hougen-Watson）；指數(shù)型（Power Law）；反應(yīng)精餾型（Reac-Dist）。l反應(yīng)類型有兩種：動力學(xué)（Kinetic）和平衡型（Equilibrium）l需輸入反應(yīng)物（Reactants）、產(chǎn)物（Products）以及對應(yīng)的化學(xué)計量系數(shù)（Coefficient）。l對于指數(shù)型反應(yīng)對象，還要輸入動力學(xué)方程式中每個組分的指數(shù)（Exponent），若不輸入則默認為0，即反應(yīng)速率的大小與該組分無關(guān)。8.7 化學(xué)反應(yīng)對象化學(xué)反應(yīng)對象8.7

31、 化學(xué)反應(yīng)對象反應(yīng)類型反應(yīng)類型反應(yīng)物反應(yīng)物產(chǎn)物產(chǎn)物8.7 化學(xué)反應(yīng)對象如果反應(yīng)類型（Reaction type）選擇Kinetic，在Kinetic頁面，需要規(guī)定反應(yīng)相態(tài)、反應(yīng)速率控制基準、動力學(xué)參數(shù)以及濃度基準。指數(shù)型：反應(yīng)動力學(xué)常數(shù)(Kinetic factor， k)，它與溫度的關(guān)系用修正的Arrhenius方程表示：0011expnTEkkTRTT8.7 化學(xué)反應(yīng)對象選擇化學(xué)計量方程選擇化學(xué)計量方程反應(yīng)相態(tài)反應(yīng)相態(tài)反應(yīng)速率控制基準反應(yīng)速率控制基準動力學(xué)參數(shù)動力學(xué)參數(shù)8.7 化學(xué)反應(yīng)對象LHHW型的反應(yīng)動力學(xué)方程： Ar動動力力學(xué)學(xué)因因子子推推動動力力表表達達式式吸吸附附表表達達式式00

32、11expnTEkTRTT動動力力學(xué)學(xué)因因子子動力學(xué)常數(shù)仍用修正的Arrhenius方程表示：8.7 化學(xué)反應(yīng)對象選擇化學(xué)計量方程選擇化學(xué)計量方程反應(yīng)相態(tài)反應(yīng)相態(tài)反應(yīng)速率控制基準反應(yīng)速率控制基準動力學(xué)參數(shù)動力學(xué)參數(shù)8.7 化學(xué)反應(yīng)對象點擊Driving force，進入如下頁面。8.7 化學(xué)反應(yīng)對象Term1和Term2分別代表正反應(yīng)和逆反應(yīng)的推動力。l推動力表達式為： 12jiijKCKClnlnlllllBKACTDTTDriving force expression8.7 化學(xué)反應(yīng)對象點擊Adsorption，進入如下頁面。8.7 化學(xué)反應(yīng)對象l 吸附表達式為：Adsorption ex

33、pression()jmijKC lnlniiiiiBKACTDTT如果不存在吸附過程的影響，則只需令如果不存在吸附過程的影響，則只需令m=0即可。即可。8.7 化學(xué)反應(yīng)對象如果反應(yīng)類型（Reaction type）選擇Equilibrium，在Equilibrium頁面需要規(guī)定反應(yīng)相態(tài)、趨近平衡溫度，還需要選擇平衡常數(shù)的計算方法：Gibbs energies或built-in expression8.7 化學(xué)反應(yīng)對象選擇化學(xué)計量方程選擇化學(xué)計量方程反應(yīng)相態(tài)反應(yīng)相態(tài)趨緊平衡溫度趨緊平衡溫度平衡常數(shù)的計算平衡常數(shù)的計算8.7 化學(xué)反應(yīng)對象l另外，還可以使用用戶提供的動力學(xué)子程序來計算反應(yīng)速率，在

34、ReactionsReactions頁面創(chuàng)建一個新反應(yīng)ID，在Create New ID對話框中，選擇對象類型為USER，在Subroutine頁面規(guī)定Fortran子程序名稱及相關(guān)參數(shù)。8.8 全混釜反應(yīng)器RCSTR 全混釜反應(yīng)器RCSTR可以模擬達到理想混合的連續(xù)攪拌釜式反應(yīng)器； 要求已知化學(xué)反應(yīng)式、動力學(xué)方程和平衡關(guān)系； 可模擬單相、兩相或三相體系，并可處理固體； 可同時計算動力學(xué)控制和平衡控制兩類反應(yīng)。8.8 全混釜反應(yīng)器RCSTR8.8 全混釜反應(yīng)器RCSTR RCSTR模塊的連接圖如下：8.8 全混釜反應(yīng)器RCSTR RCSTR 模塊有七組模型參數(shù)：1、模型設(shè)定 (Specific

35、ations)2、產(chǎn)品物流 (Streams)3、化學(xué)反應(yīng)(Reactions) 4、粒度分布 (PSD)5、組分屬性 (Component Attr.)6、公用工程(Utility)7、催化劑(Catalyst)8.8 全混釜反應(yīng)器RCSTR1、模型設(shè)定 (Specifications)l需要設(shè)定操作條件 (Operation Conditions)和持料狀態(tài) (Holdup)。l操作條件包括：反應(yīng)器壓力、溫度或者熱負荷；l持料狀態(tài)包括：有效相態(tài)（Valid phases）、反應(yīng)器體積（Reactor volume）或停留時間（Residence time）等設(shè)定方式。8.8 全混釜反應(yīng)器R

36、CSTR8.8 全混釜反應(yīng)器RCSTR2、產(chǎn)品物流 (Streams)當(dāng)有兩股或兩股以上產(chǎn)品物流時應(yīng)該在該欄設(shè)置各產(chǎn)品物流的出口相態(tài)。8.8 全混釜反應(yīng)器RCSTR3、化學(xué)反應(yīng)(Reactions)RCSTR中的化學(xué)反應(yīng)通過選用預(yù)定義的化學(xué)反應(yīng)對象來設(shè)定。8.8 全混釜反應(yīng)器RCSTR4、催化劑(Catalyst)當(dāng)存在催化劑時，需在該頁面設(shè)定催化劑裝填量(Catalyst loading)、床層孔隙率(Bed voidage)或顆粒密度(Particle density)。8.8 全混釜反應(yīng)器RCSTR例8.5 乙酸乙酯的平衡反應(yīng)式為：基于摩爾濃度的反應(yīng)平衡常數(shù)為K，lnK=1.335。進料

37、為0.1013MPa下的飽和液體，其中，水、乙醇、乙酸的流率分別為736kmol/h、218 kmol/h、225kmol/h，全混釜反應(yīng)器的體積為21000L，溫度為60，壓力為0.1013MPa，化學(xué)反應(yīng)對象選用指數(shù)型。物性方法選用NRTL-HOC。求產(chǎn)品乙酸乙酯的流率為多少？EthanolAcetic乙醇乙酸AcetateWater乙酸乙酯水8.9 平推流反應(yīng)器RPlug 平推流反應(yīng)器RPlug可以模擬軸向沒有返混、徑向完全混合的理想平推流反應(yīng)器。 該模塊只能計算動力學(xué)控制的反應(yīng)，要求已知化學(xué)反應(yīng)式和動力學(xué)方程。 可模擬單相、兩相或三相體系，并可處理固體，也可以模擬帶冷卻劑物流的反應(yīng)器。

38、8.9 平推流反應(yīng)器RPlug8.9 平推流反應(yīng)器RPlug RPlug模塊的連接圖如下：8.9 平推流反應(yīng)器RPlug RCSTR 模塊有八組模型參數(shù)：1、模型設(shè)定 (Specifications)2、反應(yīng)器構(gòu)型 (Configuration)3、產(chǎn)品物流 (Streams)4、化學(xué)反應(yīng)(Reactions) 5、壓力(Pressure)6、持液量(Holdup)7、催化劑(Catalyst)8、反應(yīng)器直徑(Diameter)8.9 平推流反應(yīng)器RPlug1、模型設(shè)定 (Specifications)l需要指定平推流反應(yīng)器RPlug的類型，輸入對應(yīng)的反應(yīng)器條件（如果帶有冷卻劑，則包括冷卻劑參

39、數(shù)）。l平推流反應(yīng)器RPlug的類型包括：指定溫度的反應(yīng)器（Reactor with specified temperature）、絕熱反應(yīng)器（Adiabatic reactor）、恒定冷卻劑溫度的反應(yīng)器（Reactor with constant coolant temperature）、與冷卻劑并流換熱的反應(yīng)器（Reactor with co-current coolant）、與冷卻劑逆流換熱的反應(yīng)器（Reactor with counter-current coolant）等。8.9 平推流反應(yīng)器RPlug反應(yīng)器類型反應(yīng)器類型操作條件操作條件8.9 平推流反應(yīng)器RPlug2、反應(yīng)器構(gòu)型

40、(Configuration)包括反應(yīng)管長度、直徑、根數(shù)以及物流和冷卻劑的有效相態(tài)等。反應(yīng)管參數(shù)反應(yīng)管參數(shù)有效相態(tài)有效相態(tài)8.9 平推流反應(yīng)器RPlug3、產(chǎn)品物流 (Streams)當(dāng)有兩股或兩股以上產(chǎn)品物流時應(yīng)該在該欄設(shè)置各產(chǎn)品物流的出口相態(tài)。8.9 平推流反應(yīng)器RPlug4、化學(xué)反應(yīng)(Reactions) RPlug中的化學(xué)反應(yīng)通過選用預(yù)定義的化學(xué)反應(yīng)對象來設(shè)定。8.9 平推流反應(yīng)器RPlug5、壓力(Pressure)包括反應(yīng)器進口壓力、反應(yīng)器壓降。反應(yīng)器進反應(yīng)器進口壓力口壓力反應(yīng)器壓反應(yīng)器壓降設(shè)定降設(shè)定8.9 平推流反應(yīng)器RPlug6、持液量(Holdup)當(dāng)反應(yīng)器中有效相態(tài)不為單相

41、時，需要對反應(yīng)器的持液量進行設(shè)定，有三種選項。8.9 平推流反應(yīng)器RPlug7、催化劑(Catalyst)當(dāng)存在催化劑時，需在該頁面設(shè)定催化劑裝填量(Catalyst loading)、床層孔隙率(Bed voidage)或顆粒密度(Particle density)。8.9 平推流反應(yīng)器RPlug8、反應(yīng)器直徑(Diameter)當(dāng)反應(yīng)器構(gòu)型中選擇直徑隨反應(yīng)器長度變化時，需在該頁面定義不同位置的反應(yīng)器直徑。8.9 平推流反應(yīng)器RPlug例8.6 反應(yīng)式和指數(shù)型動力學(xué)方程如下（其中動力學(xué)參數(shù)以英制單位為基準，濃度為摩爾濃度，反應(yīng)相態(tài)為氣相）：Cl2+C3H6 C3H5Cl+HClCl2+C3H

42、6 C3H6Cl261236272001.5 10exp() Cl C H RRT2236686090.46exp() Cl C H RRT8.9 平推流反應(yīng)器RPlug兩股進料混合后進入反應(yīng)器，進料氯氣（Cl2）的溫度為200，壓力為0.2026MPa，流率為0.077kmol/h，進料丙烯（C3H6）的溫度為200，壓力為0.2026MPa，流率為0.308kmol/h。反應(yīng)器長7.62m，內(nèi)徑50.8mm，壓降為0，傳熱系數(shù)U=24.412kcal/(hm2K)。用180kg/h的水作為冷卻劑與反應(yīng)器逆流換熱，對于水的進口溫度可以設(shè)定初值為80，壓力為0.1013MPa，規(guī)定水的出口溫度

43、為90。物性方法選用IDEAL。求冷卻劑水的進口溫度、產(chǎn)品的溫度以及產(chǎn)品中氯丙烯（C3H5Cl）和1,2-二氯丙烷（C3H6Cl2）的流率各是多少？ 全混釜反應(yīng)器是返混趨于無窮大的反應(yīng)器，平推流反應(yīng)器是返混為零的反應(yīng)器，這是兩個極端情況。實際反應(yīng)器有的接近這樣的理想情況，因而可用這兩個模塊進行近似設(shè)計、模擬和分析。 但是在某些情況下，由于實際設(shè)備中死角和擋板等的存在形成了滯留區(qū)域，也可能由于不均勻的流路導(dǎo)致流體的旁通，因而，流體的流型不同于全混釜和平推流中流體的流型，而是介于它們之間的一種型式，這時候可采用多個模塊組合的方法進行模擬。 多相產(chǎn)物反應(yīng)器 RCSTR模塊或RPlug模塊+Flash

44、2模塊。RCSTRFLASH2FEEDFEED1VAPORLIQUIDFLASH2FEEDFEED1VAPORLIQUIDRPLUG 存在滯留區(qū)域的全混釜反應(yīng)器 RCSTR模塊+Flash2模塊+RPlug模塊。FLASH2FEEDFEED1VAPORLIQUIDRCSTRRPLUGLIQUID1 產(chǎn)生旁通的平推流反應(yīng)器 Fsplit模塊+RPlug模塊+Mixer模塊。FEEDPRODUCTFSPLITMIXERRPLUG132 帶有返混的平推流反應(yīng)器 多個RCSTR模塊串聯(lián)。FEED1RCSTR1RCSTR2RCSTR3RCSTR423PRODUCT8.10 間歇式反應(yīng)器RBatch 間歇

45、式反應(yīng)器RBatch可以模擬達到理想混合的間歇或半間歇操作的攪拌釜。 通過規(guī)定化學(xué)反應(yīng)式和動力學(xué)參數(shù)可計算物料平衡和能量平衡。 間歇式反應(yīng)器RBatch只能夠處理動力學(xué)類型的反應(yīng)。8.10 間歇式反應(yīng)器RBatch8.10 間歇式反應(yīng)器RBatch RBatch模塊的連接圖如下：8.10 間歇式反應(yīng)器RBatch RBatch 模塊有六組模型參數(shù)：1、模型設(shè)定 (Specifications)2、化學(xué)反應(yīng) (Reactions)3、停止判據(jù) (Stop Criteria)4、操作時間 (Operation Time)5、連續(xù)加料 (Continuous Feeds)6、控制器 (Control

46、lers)8.10 間歇式反應(yīng)器RBatch1、模型設(shè)定 (Specifications)包括反應(yīng)器操作設(shè)定、壓力設(shè)定和有效相態(tài)。壓力設(shè)定壓力設(shè)定反應(yīng)器操作設(shè)定反應(yīng)器操作設(shè)定有效相態(tài)有效相態(tài)8.10 間歇式反應(yīng)器RBatch 其中反應(yīng)器操作設(shè)定的類型包括：1、恒溫 (Constant temperature)2、溫度剖形 (Temperature profiles)3、恒定熱負荷 (Constant heat duty)4、熱負荷剖形 (Heat duty profile)5、恒定冷卻劑溫度 (Constant coolant temperature)6、傳熱用戶子程序 (Heat Trans

47、fer user subroutine)8.10 間歇式反應(yīng)器RBatch 壓力設(shè)定包括：1、指定反應(yīng)器壓強 (Specify reactor pressure)2、指定壓強剖形 (Specify reactor pressure profile)3、計算反應(yīng)器壓強 (Calculate reactor pressure)8.10 間歇式反應(yīng)器RBatch2、化學(xué)反應(yīng) (Reactions)RBatch中的化學(xué)反應(yīng)通過化學(xué)反應(yīng)對象定義。8.10 間歇式反應(yīng)器RBatch3、停止判據(jù) (Stop Criteria)停止判據(jù)為間歇式反應(yīng)器RBatch一個操作周期結(jié)束的條件，可以設(shè)定一個或多個，計算

48、過程中達到任何一個判據(jù)設(shè)定值后，反應(yīng)就停止。8.10 間歇式反應(yīng)器RBatch判據(jù)位置有三種可選：反應(yīng)器、排氣收集器、排氣管。8.10 間歇式反應(yīng)器RBatch變量類型有13種可選：反應(yīng)時間、摩爾分率、質(zhì)量分率、轉(zhuǎn)化率、溫度、壓力等。8.10 間歇式反應(yīng)器RBatch4、操作時間 (Operation Time)l為間歇式反應(yīng)器RBatch的操作周期（Batch cycle time）設(shè)定時間指標(biāo)有兩種設(shè)定方式：l設(shè)定一個操作周期的時間（Total cycle time）；l設(shè)定間歇進料時間（Batch feed time）和輔助操作時間（Down time）。l還需要設(shè)定最大計算時間（Max

49、imum calculation time）和時間間隔（Time interval between profile points）。8.10 間歇式反應(yīng)器RBatch8.10 間歇式反應(yīng)器RBatch5、連續(xù)加料 (Continuous Feeds)當(dāng)存在連續(xù)加料流股時，在連續(xù)加料表單中設(shè)置各個連續(xù)加料流股的流量隨時間的變化情況。有兩種設(shè)置方式：基于加料流股的恒定流量 (Flow is constant at inlet value)指定不同時刻的流量剖形 (Specify flow vs time profile)8.10 間歇式反應(yīng)器RBatch6、控制器 (Controllers)當(dāng)設(shè)置反應(yīng)器溫度為恒溫或指定溫度剖形時，可以通過控制器對反應(yīng)釜溫度進行PID控制。當(dāng)設(shè)置反應(yīng)器壓力為計算反應(yīng)器壓力時，可以通過控制器對反應(yīng)釜壓力進行PID控制。8.10 間歇式反應(yīng)器RBatchPID控制器的溫度控制參數(shù)包括 ：比例增益因子 (Proportional ga