反應(yīng)器單元模擬

1、第第8章章 反應(yīng)器單元模擬反應(yīng)器單元模擬作者：王俊作者：王俊 孫蘭義孫蘭義目錄目錄n8.1 反應(yīng)器基礎(chǔ)知識反應(yīng)器基礎(chǔ)知識n8.2 反應(yīng)器單元模擬概述反應(yīng)器單元模擬概述n8.3 化學(xué)計量反應(yīng)器化學(xué)計量反應(yīng)器RStoicn8.4 產(chǎn)率反應(yīng)器產(chǎn)率反應(yīng)器RYieldn8.5 平衡反應(yīng)器平衡反應(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)知識反應(yīng)器基礎(chǔ)知識基本概念基本概念n化學(xué)計量方程化學(xué)計量方程它是表

2、示各反應(yīng)物、生成物在反應(yīng)過程的變化關(guān)系的方程。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 有有S個組分參與反應(yīng)，計量方程：個組分參與反應(yīng)，計量方程：一般形式為：一般形式為： 2NH3-N2-3H2=08.1 反應(yīng)器基礎(chǔ)知識反應(yīng)器基礎(chǔ)知識基本概念基本概念注意：注意：1）計量方程本身與反應(yīng)的實際歷程無關(guān)。）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)）乘以一非零的系數(shù) i后，可得新的計量方程。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）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。計量方程表示的是量。4

3、）單一反應(yīng)；復(fù)合反應(yīng)。）單一反應(yīng)；復(fù)合反應(yīng)。8.1 反應(yīng)器基礎(chǔ)知識反應(yīng)器基礎(chǔ)知識基本概念基本概念n化學(xué)反應(yīng)速率化學(xué)反應(yīng)速率1.間歇系統(tǒng)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)鍵組分組分K的物的物質(zhì)量摩爾數(shù)變化來定義質(zhì)量摩爾數(shù)變化來定義K組分組分的反應(yīng)速率。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。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)知識反應(yīng)器基礎(chǔ)知識基本概念基本概念8.1 反應(yīng)器基礎(chǔ)知識反應(yīng)器基礎(chǔ)知識基本概念基本概念反應(yīng)物速率前應(yīng)冠以負(fù)號。反應(yīng)物速率前應(yīng)冠以負(fù)號。避免出現(xiàn)避免出現(xiàn) 0，使反應(yīng)速

4、率出現(xiàn)負(fù)值。，使反應(yīng)速率出現(xiàn)負(fù)值。各反應(yīng)速率間的關(guān)系：各反應(yīng)速率間的關(guān)系：8.1 反應(yīng)器基礎(chǔ)知識反應(yīng)器基礎(chǔ)知識基本概念基本概念當(dāng)當(dāng)V恒定時，恒定時，8.1 反應(yīng)器基礎(chǔ)知識反應(yīng)器基礎(chǔ)知識基本概念基本概念2.連續(xù)系統(tǒng)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)化劑的填充方式不同，

5、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。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)知識反應(yīng)器基礎(chǔ)知識基本概念基本概念n其它定義其它定義液空速液空速：反應(yīng)混合物以液體進入反應(yīng)器，常以：反應(yīng)混合物以液體進入反應(yīng)器，常以25下液體下液體的體積流量表示空速。的體積流量表示空速。濕空速濕空速：如果氣體混合物有水蒸氣。：如果氣體混合物有水蒸氣。干空速干空速：不計水蒸氣時的空速。：不計水蒸氣時的空速?？臻g速度空間速度：是單位反應(yīng)體積所能處理的反應(yīng)混合物的體積：是單位反應(yīng)體積所能處理的反應(yīng)混合物的體積流量。流量。8.1 反應(yīng)器基礎(chǔ)知識反應(yīng)器基礎(chǔ)知識基本概念基本概念n反

6、應(yīng)進度反應(yīng)進度描述反應(yīng)進行的程度，針對描述反應(yīng)進行的程度，針對整個反應(yīng)過程整個反應(yīng)過程而言。而言。是各組分在反應(yīng)前后的摩爾數(shù)變化與計量系數(shù)的比值，用是各組分在反應(yīng)前后的摩爾數(shù)變化與計量系數(shù)的比值，用表表示。示。計量系數(shù)計量系數(shù)r r，對于反應(yīng)物為對于反應(yīng)物為“- -”，對于產(chǎn)物為對于產(chǎn)物為“+ +”，則則0 0 。8.1 反應(yīng)器基礎(chǔ)知識反應(yīng)器基礎(chǔ)知識基本概念基本概念n轉(zhuǎn)化率轉(zhuǎn)化率定義：關(guān)鍵組分定義：關(guān)鍵組分A反應(yīng)掉的物質(zhì)的量與其開始時物質(zhì)的量之反應(yīng)掉的物質(zhì)的量與其開始時物質(zhì)的量之比。比。注意：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

7、x 不不一定相同。一定相同。8.1 反應(yīng)器基礎(chǔ)知識反應(yīng)器基礎(chǔ)知識基本概念基本概念n收率與選擇性收率與選擇性收率收率：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，定義義選擇性選擇性如下：如下：轉(zhuǎn)化率、收率、選擇性之間的關(guān)系為：轉(zhuǎn)化率、收率、選擇性之間的關(guān)系為：Y=x s8.1 反應(yīng)器基礎(chǔ)知識反應(yīng)器基礎(chǔ)知識分類分類n化學(xué)反應(yīng)和化學(xué)反應(yīng)和反應(yīng)器的反應(yīng)器的分類分類化學(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。法進行分類。1、按反應(yīng)系統(tǒng)涉及的相態(tài)按反應(yīng)系統(tǒng)涉及的相態(tài)分類分類l 包括包括氣相均相

8、反應(yīng)和液相均相反應(yīng)。氣相均相反應(yīng)和液相均相反應(yīng)。l 包括氣包括氣-固相固相，氣氣-液液相，相，氣氣-液液-固相反應(yīng)固相反應(yīng)等等。均相反應(yīng)均相反應(yīng)非均相反應(yīng)非均相反應(yīng)8.1 反應(yīng)器基礎(chǔ)知識反應(yīng)器基礎(chǔ)知識分類分類2、按操作方式分類、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。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。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。取出，而另一些則是連續(xù)流動通過反應(yīng)器

9、。間歇操作間歇操作連續(xù)操作連續(xù)操作半連續(xù)操作半連續(xù)操作8.1 反應(yīng)器基礎(chǔ)知識反應(yīng)器基礎(chǔ)知識分類分類3、按反應(yīng)器型式來分類、按反應(yīng)器型式來分類l 一般長徑比大于一般長徑比大于30；l 一般高徑比為一般高徑比為1-3；l 一般高徑比在一般高徑比在3-30之間。之間。管式反應(yīng)器管式反應(yīng)器槽式反應(yīng)器槽式反應(yīng)器塔式反應(yīng)器塔式反應(yīng)器8.1 反應(yīng)器基礎(chǔ)知識反應(yīng)器基礎(chǔ)知識分類分類4、按傳熱條件分類、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。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。應(yīng)使物料升溫或降溫。

10、l 與外界有熱量交換，但不等溫。與外界有熱量交換，但不等溫。等溫反應(yīng)器等溫反應(yīng)器絕熱反應(yīng)器絕熱反應(yīng)器非等溫、非絕熱反應(yīng)器非等溫、非絕熱反應(yīng)器8.1 反應(yīng)器基礎(chǔ)知識反應(yīng)器基礎(chǔ)知識分類分類n理想反應(yīng)器理想反應(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)備就是是反應(yīng)器反應(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。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。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。

11、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)知識反應(yīng)器基礎(chǔ)知識分類分類n簡單混合與返混簡單混合與返混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，同。這種發(fā)生在停留時間相同的物料之間的均勻化過程，稱之為稱之為簡單混合簡單混合。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)程度就不同，組成也不會相同。混合之后的物料組

12、成與混合度就不同，組成也不會相同?；旌现蟮奈锪辖M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，稱之為留時間不同的物料之間的均勻化過程，稱之為返混返混。8.1 反應(yīng)器基礎(chǔ)知識反應(yīng)器基礎(chǔ)知識分類分類按物料在反應(yīng)器內(nèi)按物料在反應(yīng)器內(nèi)返混情況返混情況作為反應(yīng)器分類的依據(jù)將作為反應(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：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)

13、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)知識反應(yīng)器基礎(chǔ)知識分類分類1、間歇式反應(yīng)器、間歇式反應(yīng)器間歇操作的充分?jǐn)嚢璨凼椒磻?yīng)器（簡稱間歇式反應(yīng)間歇操作的充分?jǐn)嚢璨凼椒磻?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，不存在返混簡單混合，不存在返混。8.1 反應(yīng)器基礎(chǔ)知識反應(yīng)器基礎(chǔ)知識分類分類反應(yīng)物料反應(yīng)物料一次投入一次投入反應(yīng)器內(nèi)，反應(yīng)器內(nèi)，在反應(yīng)過程中不再向反應(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

14、出，投料，也不向外排出，待反應(yīng)待反應(yīng)達到要求的轉(zhuǎn)化率后，再全部達到要求的轉(zhuǎn)化率后，再全部放出反應(yīng)物料放出反應(yīng)物料。反應(yīng)器內(nèi)的物。反應(yīng)器內(nèi)的物料在攪拌的作用下其參數(shù)（溫料在攪拌的作用下其參數(shù)（溫度及濃度）度及濃度）各處均一各處均一。8.1 反應(yīng)器基礎(chǔ)知識反應(yīng)器基礎(chǔ)知識分類分類8.1 反應(yīng)器基礎(chǔ)知識反應(yīng)器基礎(chǔ)知識分類分類間歇式反應(yīng)器特點：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；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，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

15、反應(yīng)器中停留時間相同，不存在不同停留時間所有物料在反應(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；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；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、清洗時間、加熱（或冷卻）應(yīng)時間、加料時間、出料時間、清洗時間、加熱（或冷卻）時間等。時間等。8.1 反應(yīng)器基礎(chǔ)知識反應(yīng)器基礎(chǔ)知識分類分類2、平推流反應(yīng)器、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

16、內(nèi)物料應(yīng)器內(nèi)物料允許作徑向混合（屬于簡單混合）但不允許作徑向混合（屬于簡單混合）但不存在軸向混合（即無返混）存在軸向混合（即無返混）。典型例子是物料在管。典型例子是物料在管內(nèi)流速較快的管式反應(yīng)器。內(nèi)流速較快的管式反應(yīng)器。8.1 反應(yīng)器基礎(chǔ)知識反應(yīng)器基礎(chǔ)知識分類分類平推流反應(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，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。故又稱為活塞流。8.1 反應(yīng)器基礎(chǔ)知識反應(yīng)器基礎(chǔ)知識分類分類8.1 反應(yīng)器基礎(chǔ)知識反應(yīng)器基礎(chǔ)知識分類分類平推流反應(yīng)器特點：平推流反應(yīng)器特

17、點：由于流體沿同一方向，以相同速度向前推進，在反應(yīng)器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；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）是一致的；特性（組成、溫度等）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)

18、器等，?？砂雌酵屏鬏^大的管式反應(yīng)器，列管固定床反應(yīng)器等，?？砂雌酵屏鞣磻?yīng)器處理。反應(yīng)器處理。8.1 反應(yīng)器基礎(chǔ)知識反應(yīng)器基礎(chǔ)知識分類分類3、全混流反應(yīng)器、全混流反應(yīng)器連續(xù)操作的充分?jǐn)嚢璨坌头磻?yīng)器（簡稱全混流連續(xù)操作的充分?jǐn)嚢璨坌头磻?yīng)器（簡稱全混流反應(yīng)器）。在這類反應(yīng)器中物料反應(yīng)器）。在這類反應(yīng)器中物料返混達最大值返混達最大值。8.1 反應(yīng)器基礎(chǔ)知識反應(yīng)器基礎(chǔ)知識分類分類全混流反應(yīng)器又稱全混釜或連續(xù)全混流反應(yīng)器又稱全混釜或連續(xù)流動充分?jǐn)嚢璨凼椒磻?yīng)器，簡稱流動充分?jǐn)嚢璨凼椒磻?yīng)器，簡稱CSTR。流入反應(yīng)器的物料，在。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，瞬間與反應(yīng)器內(nèi)的物料混合均勻，即在

19、反應(yīng)器中各處物料的溫度、即在反應(yīng)器中各處物料的溫度、濃度都是相同的。濃度都是相同的。8.1 反應(yīng)器基礎(chǔ)知識反應(yīng)器基礎(chǔ)知識分類分類8.1 反應(yīng)器基礎(chǔ)知識反應(yīng)器基礎(chǔ)知識分類分類全混流反應(yīng)器特點：全混流反應(yīng)器特點：物料在反應(yīng)器內(nèi)充分返混；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；反應(yīng)器內(nèi)各處物料參數(shù)均一；反應(yīng)器的出口組成與器內(nèi)物料組成相同；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。連續(xù)、穩(wěn)定流動，是一定態(tài)過程。8.2 反應(yīng)器單元模擬概述反應(yīng)器單元模擬概述nAspen Plus根據(jù)不同的反應(yīng)器形式，提供了七種根據(jù)不同的反應(yīng)器形式，提供了七種不同的反應(yīng)器模塊不同的反應(yīng)器模

20、塊。n這七類反應(yīng)器模塊可以劃分為三類：這七類反應(yīng)器模塊可以劃分為三類：1. 1. 基于物料平衡的反應(yīng)器基于物料平衡的反應(yīng)器（RStoicRStoic，RYieldRYield）；）；2. 2. 基于化學(xué)平衡的反應(yīng)器基于化學(xué)平衡的反應(yīng)器（REquilREquil，RGibbsRGibbs）；）；3. 3. 動力學(xué)反應(yīng)器動力學(xué)反應(yīng)器（RCSTRRCSTR，RPlugRPlug，RBatchRBatch）。）。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

21、學(xué)計反應(yīng)動力學(xué)數(shù)據(jù)未知或不重要，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

22、衡同時發(fā)生的反應(yīng)器，對化學(xué)平衡和相平衡同時發(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

23、或三相間歇和半間歇的反應(yīng)器和半間歇的反應(yīng)器8.2 反應(yīng)器單元模擬概述反應(yīng)器單元模擬概述8.3 化學(xué)計量反應(yīng)器化學(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)，有平平行反應(yīng)行反應(yīng)和和串聯(lián)反應(yīng)串聯(lián)反應(yīng)兩種方式。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。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)器化學(xué)計量反應(yīng)器RStoic8.3 化學(xué)計量反應(yīng)器化學(xué)計量反應(yīng)器RStoicnRStoic模塊的連接圖如下：模塊的連接圖如下： 8

24、.3 化學(xué)計量反應(yīng)器化學(xué)計量反應(yīng)器RStoicl用化學(xué)計量反應(yīng)器用化學(xué)計量反應(yīng)器RStoic模擬計算時，需要模擬計算時，需要規(guī)定反應(yīng)器的規(guī)定反應(yīng)器的操作條件操作條件，并選擇反應(yīng)器的，并選擇反應(yīng)器的閃閃蒸計算相態(tài)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)定反應(yīng)必須規(guī)定化學(xué)計量系數(shù)化學(xué)計量系數(shù)，并分別指定每，并分別指定每一個反應(yīng)的一個反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率轉(zhuǎn)化率或或產(chǎn)品流率產(chǎn)品流率。8.3 化學(xué)計量反應(yīng)器化學(xué)計量反應(yīng)器RStoicnRStoic 模塊有七組模型參數(shù)：模塊有七組模型參數(shù)：1、模型設(shè)定、模型設(shè)定 (Specifications)2、化學(xué)反

25、應(yīng)、化學(xué)反應(yīng) (Reactions)3、燃燒、燃燒 (Combustion)4、反應(yīng)熱、反應(yīng)熱 (Heat of Reaction)5、選擇性、選擇性 (Selectivity)6、粒度分布、粒度分布 (PSD)7、組分屬性、組分屬性 (Component Attr.)8.3 化學(xué)計量反應(yīng)器化學(xué)計量反應(yīng)器RStoic1、模型設(shè)定、模型設(shè)定(Specifications)包括包括操作條件操作條件和和有效相態(tài)有效相態(tài)。8.3 化學(xué)計量反應(yīng)器化學(xué)計量反應(yīng)器RStoic2、化學(xué)反應(yīng)、化學(xué)反應(yīng)(Reactions)需要規(guī)定在反應(yīng)器中發(fā)生的需要規(guī)定在反應(yīng)器中發(fā)生的所有所有反應(yīng)反應(yīng)。8.3 化學(xué)計量反應(yīng)器化

26、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)，并分別指定每一定義每個反應(yīng)時，必須規(guī)定化學(xué)計量系數(shù)，并分別指定每一個反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率或產(chǎn)品流率。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)器化學(xué)計量反應(yīng)器RStoic3、反應(yīng)熱、反應(yīng)熱 (Heat of Reaction)如果需要計算反應(yīng)熱，可在如果需要計算反應(yīng)熱，可在Heat of Reaction頁頁面對每個反應(yīng)規(guī)定參考組分，也可選擇規(guī)定反應(yīng)熱，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)器化學(xué)計量反應(yīng)器RStoic調(diào)整計算的反應(yīng)器負(fù)荷。調(diào)整計算的反應(yīng)器負(fù)

27、荷。8.3 化學(xué)計量反應(yīng)器化學(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)器化學(xué)計量反應(yīng)器RStoic8.3 化學(xué)計量反應(yīng)器化學(xué)計量反應(yīng)器RStoic4、選擇性、選擇性 (Selectivity)若需要計算產(chǎn)品的選擇性，可在若需要計算產(chǎn)品的選擇性，可在Selectivity頁面頁面規(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)器化學(xué)計量反應(yīng)器RStoic所選擇的組分所選擇的組分P對參考組分對參考組

28、分A的選擇性規(guī)定為的選擇性規(guī)定為PP選擇組分選擇組分P P的摩爾數(shù)改變量；的摩爾數(shù)改變量；AA參考組分參考組分A A的摩爾數(shù)改變量；的摩爾數(shù)改變量；下標(biāo)下標(biāo)RealReal表示反應(yīng)器中的實際情況；表示反應(yīng)器中的實際情況；下標(biāo)下標(biāo)IdealIdeal表示一個理想反應(yīng)系統(tǒng)的情況。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)器化學(xué)計量反應(yīng)器RStoic在多數(shù)情況下，選擇性在在多數(shù)情況下，選擇性在0和和1之間。之間。l如果所選擇的組分由參考組分以外的其它組分生如果所選擇的組分由參考組分以外的其它組分生成，選擇性會成，選擇性會大于大于1；l如果所選擇的組分在其它反應(yīng)

29、中消耗，選擇性可如果所選擇的組分在其它反應(yīng)中消耗，選擇性可能會能會小于小于0。8.3 化學(xué)計量反應(yīng)器化學(xué)計量反應(yīng)器RStoic5、粒度分布和組分屬性、粒度分布和組分屬性 當(dāng)反應(yīng)當(dāng)反應(yīng)生成固體或固體改變生成固體或固體改變時，可以分別在時，可以分別在Attr.頁面和頁面和PSD頁面規(guī)定組分屬性和粒子的尺寸頁面規(guī)定組分屬性和粒子的尺寸分布。分布。8.3 化學(xué)計量反應(yīng)器化學(xué)計量反應(yīng)器RStoic例例8.1 用化學(xué)計量反應(yīng)器用化學(xué)計量反應(yīng)器RStoic模擬模擬1-丁烯的異構(gòu)化反丁烯的異構(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，壓力為1

30、96kPa，進料中正丁烷（，進料中正丁烷（N-BUTANE）、）、1-丁烯（丁烯（1-BUTENE）、順）、順-2-丁烯（丁烯（CIS-2BUT）、反）、反-2-丁烯（丁烯（TR-2BUT）、異丁烯（）、異丁烯（ISOBUT）的流率分別）的流率分別為為35000kg/hr、10000kg/hr、4500kg/hr、6800kg/hr、1450kg/hr，反應(yīng)器的溫度為，反應(yīng)器的溫度為400，壓，壓力為力為196kPa。物性方法選用。物性方法選用RK-SOAVE。反應(yīng)反應(yīng)轉(zhuǎn)化率轉(zhuǎn)化率1-BUTENEISOBUT0.364(1-BUTENE)PROPYLEN+2MET2BUT+1-OCTENE0.

31、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？異丁烯對問：每個反應(yīng)的反應(yīng)熱是多少？異丁烯對1-1-丁烯的丁烯的選擇性是多少？選擇性是多少？ 8.3 化學(xué)計量反應(yīng)器化學(xué)計量反應(yīng)器RStoic8.4 產(chǎn)率反應(yīng)器產(chǎn)率反應(yīng)器RYieldn產(chǎn)率反應(yīng)器產(chǎn)率反應(yīng)器RYield可以模擬化學(xué)計量系數(shù)和反可以模擬化學(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)，但需要已知應(yīng)動力學(xué)數(shù)據(jù)未知或不重要的反應(yīng)

32、，但需要已知反應(yīng)產(chǎn)物的產(chǎn)率分布反應(yīng)產(chǎn)物的產(chǎn)率分布。n產(chǎn)率反應(yīng)器產(chǎn)率反應(yīng)器RYield只考慮總只考慮總質(zhì)量平衡質(zhì)量平衡，能夠模，能夠模擬單相、兩相和三相反應(yīng)器。擬單相、兩相和三相反應(yīng)器。8.4 產(chǎn)率反應(yīng)器產(chǎn)率反應(yīng)器RYield8.4 產(chǎn)率反應(yīng)器產(chǎn)率反應(yīng)器RYieldnRYield模塊的連接圖如下：模塊的連接圖如下：8.4 產(chǎn)率反應(yīng)器產(chǎn)率反應(yīng)器RYieldRYield模塊有六組模型參數(shù)：模塊有六組模型參數(shù)：1、模型設(shè)定、模型設(shè)定 (Specifications)2、產(chǎn)率、產(chǎn)率 (Yield)3、閃蒸選項、閃蒸選項 (Flash Options)4、粒度分布、粒度分布 (PSD)5、組分屬性、組分屬

33、性 (Comp. Attr.)6、組分映射、組分映射 (Comp. Mapping)8.4 產(chǎn)率反應(yīng)器產(chǎn)率反應(yīng)器RYield1、模型設(shè)定、模型設(shè)定(Specifications)包括包括操作條件操作條件和和有效相態(tài)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)器產(chǎn)率反應(yīng)器RYield2、產(chǎn)率、產(chǎn)率 (Yield)產(chǎn)率設(shè)置有四個選項可選：產(chǎn)率設(shè)置有四個選項可選：組分產(chǎn)率（組分產(chǎn)率（Component yieldsComponent yields）組分映射（組分映射（Component mappingComponent mapping）石油餾分表征（石油餾分表征（Petro chara

34、cterizationPetro characterization）用戶子程序（用戶子程序（User SubroutineUser Subroutine）8.4 產(chǎn)率反應(yīng)器產(chǎn)率反應(yīng)器RYield當(dāng)選擇當(dāng)選擇組分產(chǎn)率選項組分產(chǎn)率選項時，對于反應(yīng)產(chǎn)物中的每一時，對于反應(yīng)產(chǎn)物中的每一個組分進行產(chǎn)率規(guī)定。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，維持整體的物料平衡，因此產(chǎn)率規(guī)定只是建立了因此產(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。一個產(chǎn)率分布，而不是絕對產(chǎn)率。8.4 產(chǎn)率反應(yīng)器產(chǎn)率反應(yīng)器RYield當(dāng)規(guī)定了惰性組

35、分當(dāng)規(guī)定了惰性組分（Inert Components）后，產(chǎn)率是以單位質(zhì)量的后，產(chǎn)率是以單位質(zhì)量的非惰性進料為基礎(chǔ)計算的非惰性進料為基礎(chǔ)計算的8.4 產(chǎn)率反應(yīng)器產(chǎn)率反應(yīng)器RYield當(dāng)選擇組分映射選項時，需在當(dāng)選擇組分映射選項時，需在Comp. Mapping頁面設(shè)置各種結(jié)合（頁面設(shè)置各種結(jié)合（Lump）反應(yīng)和分解（）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。）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，可以在當(dāng)反應(yīng)生成固體或固體改變時，可以在Comp. Attr.頁面和頁面和PSD頁面分別規(guī)定它們的組分屬性和粒頁面分別規(guī)定它們的組分屬性和粒子尺寸。子尺寸。8

36、.4 產(chǎn)率反應(yīng)器產(chǎn)率反應(yīng)器RYield例例8.2 已知反應(yīng)已知反應(yīng)CH4+2H2OCO2+4H2，進料中甲烷、，進料中甲烷、水蒸汽的流率分別為水蒸汽的流率分別為20kmol/hr、80kmol/hr，進料溫，進料溫度為度為750，壓力為，壓力為0.1013MPa。反應(yīng)在恒溫恒壓條件下。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的摩爾比為的摩爾比為1:6:1:4。物性方法選用。物性方法選用PENG-ROB。問反應(yīng)器熱負(fù)荷為多少？問反應(yīng)器熱負(fù)荷為多少？CO2和和H2的流率分別為多少？的流率分別為多少？8.

37、5平衡反應(yīng)器平衡反應(yīng)器REquil平衡反應(yīng)器平衡反應(yīng)器REquil按照化學(xué)反應(yīng)方程式中的計量按照化學(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)?？紤]反應(yīng)動力學(xué)。平衡反應(yīng)器平衡反應(yīng)器REquil能夠模擬能夠模擬單相單相和和兩相兩相反應(yīng)，不反應(yīng)，不能進行三相計算。能進行三相計算。8.5平衡反應(yīng)器平衡反應(yīng)器REquil8.5平衡反應(yīng)器平衡反應(yīng)器REquilnREquil模塊的連接圖如下：模塊的連接圖如下：8.5平衡反應(yīng)器平衡反應(yīng)器REquilnREquil 模塊有四組模型參數(shù)：模塊有四組模型參數(shù)：1、模型設(shè)定、模型設(shè)定

38、 (Specifications)2、化學(xué)反應(yīng)、化學(xué)反應(yīng) (Reactions)3、收斂、收斂 (Convergence)4、液沫夾帶、液沫夾帶 (Entrainment)8.5平衡反應(yīng)器平衡反應(yīng)器REquil1、模型設(shè)定、模型設(shè)定 (Specifications)包括包括操作條件操作條件和和有效相態(tài)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)器平衡反應(yīng)器REquil2、化學(xué)反應(yīng)、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)化學(xué)計量系數(shù)。8.5平衡反應(yīng)器平衡反應(yīng)器REquilREquil由由Gi

39、bbs自由能計算平衡常數(shù)，可以通過規(guī)定自由能計算平衡常數(shù)，可以通過規(guī)定產(chǎn)物生成比速率產(chǎn)物生成比速率或或趨近平衡溫度趨近平衡溫度來限制平衡。來限制平衡。產(chǎn)物生成比速率產(chǎn)物生成比速率Extend=Extend=速率速率/ /化學(xué)計量系數(shù)化學(xué)計量系數(shù)趨近平衡溫度（趨近平衡溫度（Temperature ApproachTemperature Approach）= =反應(yīng)溫反應(yīng)溫度度+ +趨近平衡溫度趨近平衡溫度8.5平衡反應(yīng)器平衡反應(yīng)器REquil8.5平衡反應(yīng)器平衡反應(yīng)器REquill平衡反應(yīng)器平衡反應(yīng)器REquil處理常規(guī)的處理常規(guī)的固體固體時，把每時，把每個特定的固體視為一個單獨的純固相。個特定

40、的固體視為一個單獨的純固相。l不參加反應(yīng)的固體，包括非常規(guī)的組分，被不參加反應(yīng)的固體，包括非常規(guī)的組分，被視為視為惰性成分惰性成分。這些固體不影響化學(xué)平衡，。這些固體不影響化學(xué)平衡，只影響能量平衡。只影響能量平衡。8.5平衡反應(yīng)器平衡反應(yīng)器REquil3、液沫夾帶、液沫夾帶 (Entrainment)當(dāng)有效相態(tài)為氣當(dāng)有效相態(tài)為氣-液兩相時，可以規(guī)定液沫夾帶。液兩相時，可以規(guī)定液沫夾帶。8.5平衡反應(yīng)器平衡反應(yīng)器REquil例例8.3 由甲醇生產(chǎn)氫氣的反應(yīng)如下：由甲醇生產(chǎn)氫氣的反應(yīng)如下：CH4O2H2+CO；CO+H2OH2+CO2進料流率為進料流率為100kmol/hr；其中甲醇與水的摩爾比為

41、其中甲醇與水的摩爾比為1:4；進料溫度為進料溫度為232，壓力為壓力為0.1013MPa；反應(yīng)器溫度為反應(yīng)器溫度為232，壓力為，壓力為0.1013MPa；物性方法選用物性方法選用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(fù)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(fù)荷是多少？荷是多少？8.6吉布斯反應(yīng)器吉布斯反應(yīng)器RGibbsnRGibbs根據(jù)系統(tǒng)根據(jù)系統(tǒng)Gibbs自由能趨于最小自由能趨于最小的原則，的原則，計算同時達到計算同時達到化學(xué)平衡化學(xué)平衡和和相平衡相平衡時的情況。時的情況。n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)生不要求規(guī)定反應(yīng)的化學(xué)計量系數(shù)，可以應(yīng)用

42、于發(fā)生的的反應(yīng)未知反應(yīng)未知或由于有許多組分參與反應(yīng)致使或由于有許多組分參與反應(yīng)致使反應(yīng)數(shù)反應(yīng)數(shù)量很多量很多的情況的情況。n吉吉布斯反應(yīng)器布斯反應(yīng)器RGibbs是唯一能處理是唯一能處理汽汽-液液-固固相平相平衡的反應(yīng)器模塊。衡的反應(yīng)器模塊。8.6吉布斯反應(yīng)器吉布斯反應(yīng)器RGibbs8.6吉布斯反應(yīng)器吉布斯反應(yīng)器RGibbsnRGibbs模塊的連接圖如下：模塊的連接圖如下：8.6吉布斯反應(yīng)器吉布斯反應(yīng)器RGibbsnRGibbs 模塊有五組模型參數(shù)：模塊有五組模型參數(shù)：1、模型設(shè)定、模型設(shè)定 (Specifications)2、產(chǎn)物、產(chǎn)物 (Products)3、指定物流、指定物流 (Assign

43、 Steams) 4、惰性物、惰性物 (Inerts)5、限制平衡、限制平衡 (Restricted Equilibrium)8.6吉布斯反應(yīng)器吉布斯反應(yīng)器RGibbs1、模型設(shè)定、模型設(shè)定 (Specifications)包括包括操作條件操作條件、計算選項計算選項和和存在的相態(tài)數(shù)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)器吉布斯反應(yīng)器RGibbs計算選項可選擇計算選項可選擇僅計算相平衡僅計算相平衡、同時計算化同時計算化學(xué)平衡和相平衡學(xué)平衡和相平衡、或、或受限制的化學(xué)平衡受限制的化學(xué)平衡。8.6吉布斯反應(yīng)器吉布斯反應(yīng)器RGibbs2、產(chǎn)物、產(chǎn)物 (Products)

44、系統(tǒng)中所有的組分都可系統(tǒng)中所有的組分都可以是產(chǎn)物以是產(chǎn)物；指定可能的產(chǎn)物組分指定可能的產(chǎn)物組分；定義產(chǎn)物存在的相態(tài)定義產(chǎn)物存在的相態(tài)。 由于不用輸入反應(yīng)，所由于不用輸入反應(yīng)，所以需要規(guī)定以需要規(guī)定產(chǎn)物產(chǎn)物的情況：的情況：8.6吉布斯反應(yīng)器吉布斯反應(yīng)器RGibbs2、產(chǎn)物、產(chǎn)物 (Products)系統(tǒng)中所有的組分都可以是產(chǎn)物系統(tǒng)中所有的組分都可以是產(chǎn)物；8.6吉布斯反應(yīng)器吉布斯反應(yīng)器RGibbs2、產(chǎn)物、產(chǎn)物 (Products)指定可能的產(chǎn)物組分指定可能的產(chǎn)物組分；8.6吉布斯反應(yīng)器吉布斯反應(yīng)器RGibbs2、產(chǎn)物、產(chǎn)物 (Products)定義產(chǎn)物存在的相態(tài)定義產(chǎn)物存在的相態(tài)。 8.6吉布

45、斯反應(yīng)器吉布斯反應(yīng)器RGibbs3、指定物流、指定物流 (Assign Steams) 可以選擇可以選擇自動指定出口物流相態(tài)自動指定出口物流相態(tài)，或，或使用關(guān)鍵組分使用關(guān)鍵組分和截尾摩爾分率指定出口物流相態(tài)和截尾摩爾分率指定出口物流相態(tài)。8.6吉布斯反應(yīng)器吉布斯反應(yīng)器RGibbs4、惰性物、惰性物 (Inerts)如果有不參加反應(yīng)的惰性組分，可以在如果有不參加反應(yīng)的惰性組分，可以在Inerts頁頁面規(guī)定哪些組分為惰性組分，以及該組分不參加反面規(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。應(yīng)的摩爾流率或分率。8.6吉布斯反應(yīng)器吉布斯反應(yīng)器RGibbs5、限制平衡、限制平衡 (Re

46、stricted Equilibrium)可以通過設(shè)定可以通過設(shè)定整個系統(tǒng)的趨近平衡溫度整個系統(tǒng)的趨近平衡溫度，或分別指，或分別指定定各個化學(xué)反應(yīng)的趨近平衡溫度各個化學(xué)反應(yīng)的趨近平衡溫度來限制平衡。來限制平衡。8.6吉布斯反應(yīng)器吉布斯反應(yīng)器RGibbs例例8.3 由甲醇生產(chǎn)氫氣的反應(yīng)如下：由甲醇生產(chǎn)氫氣的反應(yīng)如下：CH4O2H2+CO；CO+H2OH2+CO2進料流率為進料流率為100kmol/hr；其中甲醇與水的摩爾比為其中甲醇與水的摩爾比為1:4；進料溫度為進料溫度為232，壓力為壓力為0.1013MPa；反應(yīng)器溫度為反應(yīng)器溫度為232，壓力為，壓力為0.1013MPa；物性方法選用物性方

47、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(fù)荷是多少？負(fù)荷是多少？比較比較REquil模塊與模塊與RGibbs模塊模塊的計算結(jié)果。的計算結(jié)果。8.7 化學(xué)反應(yīng)對象化學(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（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（）和反應(yīng)精餾（RadFrac）的計）的計算。算。化學(xué)反應(yīng)對象是獨立于反應(yīng)器模塊或塔模塊的，可化學(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。以同時應(yīng)用于多個模塊中。n建立新的化學(xué)反應(yīng)對象需要輸入反應(yīng)建立新的化學(xué)反應(yīng)

48、對象需要輸入反應(yīng)ID并選并選擇對象類型，常用的對象類型有三種：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型型（Langmuir-Hinshelwood-Hougen-Watson）；）；指數(shù)型指數(shù)型（Power Law）；）；反應(yīng)精餾型反應(yīng)精餾型（Reac-Dist）。）。l反應(yīng)類型有兩種：反應(yīng)類型有兩種：動力學(xué)動力學(xué)（Kinetic）和）和平衡型平衡型（Equilibrium）l需輸入反應(yīng)物（需輸入反應(yīng)物（Reactants）、產(chǎn)物（）、產(chǎn)物（Products）以及對應(yīng)的化學(xué)計量系數(shù)（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

49、，還要輸入動力學(xué)方程式中每對于指數(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)（個組分的指數(shù)（Exponent），若不輸入則默認(rèn)為），若不輸入則默認(rèn)為0，即反應(yīng)速率的大小與該組分無關(guān)。，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 化學(xué)反應(yīng)對象化學(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)對象化學(xué)反應(yīng)對象如果反應(yīng)類型（如果反應(yīng)類型（Reaction type）選擇）選擇Kinetic，在在Kinetic頁面，需要規(guī)定反應(yīng)相態(tài)、反應(yīng)速率控制頁面，需要規(guī)定反應(yīng)相態(tài)、反應(yīng)速率控制基準(zhǔn)、動力學(xué)參數(shù)以及濃度基準(zhǔn)?；鶞?zhǔn)、動力學(xué)參數(shù)以及濃度基準(zhǔn)。指數(shù)型：反應(yīng)動力

50、學(xué)常數(shù)指數(shù)型：反應(yīng)動力學(xué)常數(shù)(Kinetic factor， k)，它與溫度，它與溫度的關(guān)系用修正的的關(guān)系用修正的Arrhenius方程表示：方程表示：0011expnTEkkTRTT8.7 化學(xué)反應(yīng)對象化學(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(zhǔn)反應(yīng)速率控制基準(zhǔn)動力學(xué)參數(shù)動力學(xué)參數(shù)8.7 化學(xué)反應(yīng)對象化學(xué)反應(yīng)對象LHHW型的反應(yīng)動力學(xué)方程：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0011expnTEkTRTT動動力力學(xué)學(xué)因因子子動力學(xué)常數(shù)仍用修正的動力學(xué)常數(shù)仍用修正的Arrhenius方程表示：方程表示：8.7

51、 化學(xué)反應(yīng)對象化學(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(zhǔn)反應(yīng)速率控制基準(zhǔn)動力學(xué)參數(shù)動力學(xué)參數(shù)8.7 化學(xué)反應(yīng)對象化學(xué)反應(yīng)對象點擊點擊Driving force，進入如下頁面。，進入如下頁面。8.7 化學(xué)反應(yīng)對象化學(xué)反應(yīng)對象Term1和和Term2分別代表分別代表正反應(yīng)正反應(yīng)和和逆反應(yīng)逆反應(yīng)的推動力。的推動力。l推動力表達式為：推動力表達式為： 12jiijKCKClnlnlllllBKACTDTTDriving force expression8.7 化學(xué)反應(yīng)對象化學(xué)反應(yīng)對象點擊點擊Adsorption，進入，進入如下如下頁面頁面。8.7 化學(xué)反應(yīng)對象化學(xué)反應(yīng)

52、對象l吸附表達式為：吸附表達式為：Adsorption expression()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)對象化學(xué)反應(yīng)對象如果反應(yīng)類型（如果反應(yīng)類型（Reaction type）選擇）選擇Equilibrium，在，在Equilibrium頁面需要規(guī)定頁面需要規(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：數(shù)的計算方法：Gibbs energies或或built-in expression8.7 化學(xué)反應(yīng)對象化學(xué)反應(yīng)對象選

53、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)對象化學(xué)反應(yīng)對象l另外，另外，還可以使用用戶提供的動力學(xué)子程序來計算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，在反應(yīng)速率，在Reactions Reactions頁面創(chuàng)建一頁面創(chuàng)建一個新反應(yīng)個新反應(yīng)ID，在，在Create New ID對話框中，選擇對話框中，選擇對象類型為對象類型為USER，在，在Subroutine頁面規(guī)定頁面規(guī)定Fortran子程序名稱及相關(guān)參數(shù)子程序名稱及相關(guān)參數(shù)。8.8 全混釜反應(yīng)器全混釜反應(yīng)器RCSTRn全混釜反應(yīng)器全混釜反應(yīng)器RCSTR可以模擬達

54、到理想混合的連可以模擬達到理想混合的連續(xù)攪拌釜式反應(yīng)器續(xù)攪拌釜式反應(yīng)器；n要求已知化學(xué)反應(yīng)式、動力學(xué)方程和平衡關(guān)系要求已知化學(xué)反應(yīng)式、動力學(xué)方程和平衡關(guān)系；n可模擬單相、兩相或三相體系，并可處理固體可模擬單相、兩相或三相體系，并可處理固體；n可同時計算可同時計算動力學(xué)控制動力學(xué)控制和和平衡控制平衡控制兩類反應(yīng)。兩類反應(yīng)。8.8 全混釜反應(yīng)器全混釜反應(yīng)器RCSTR8.8 全混釜反應(yīng)器全混釜反應(yīng)器RCSTRnRCSTR模塊的連接圖如下：模塊的連接圖如下：8.8 全混釜反應(yīng)器全混釜反應(yīng)器RCSTRnRCSTR 模塊有七組模型參數(shù)：模塊有七組模型參數(shù)：1、模型設(shè)定、模型設(shè)定 (Specificatio

55、ns)2、產(chǎn)品物流、產(chǎn)品物流 (Streams)3、化學(xué)反應(yīng)、化學(xué)反應(yīng)(Reactions) 4、粒度分布、粒度分布 (PSD)5、組分屬性、組分屬性 (Component Attr.)6、公用工程、公用工程(Utility)7、催化劑、催化劑(Catalyst)8.8 全混釜反應(yīng)器全混釜反應(yīng)器RCSTR1、模型設(shè)定、模型設(shè)定 (Specifications)l需要設(shè)定需要設(shè)定操作條件操作條件 (Operation Conditions)和和持持料狀態(tài)料狀態(tài) (Holdup)。l操作條件操作條件包括：包括：反應(yīng)器壓力、溫度或者熱負(fù)荷反應(yīng)器壓力、溫度或者熱負(fù)荷；l持料狀態(tài)持料狀態(tài)包括：包括：有效

56、相態(tài)（有效相態(tài)（Valid phases）、反）、反應(yīng)器體積（應(yīng)器體積（Reactor volume）或停留時間）或停留時間（Residence time）等）等設(shè)定方式。設(shè)定方式。8.8 全混釜反應(yīng)器全混釜反應(yīng)器RCSTR8.8 全混釜反應(yīng)器全混釜反應(yīng)器RCSTR2、產(chǎn)品物流、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)。產(chǎn)品物流的出口相態(tài)。8.8 全混釜反應(yīng)器全混釜反應(yīng)器RCSTR3、化學(xué)反應(yīng)、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)中的化學(xué)反應(yīng)通過選用預(yù)定義的化學(xué)

57、反應(yīng)對象來設(shè)定。對象來設(shè)定。8.8 全混釜反應(yīng)器全混釜反應(yīng)器RCSTR4、催化劑、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、床層孔隙率(Bed voidage)或顆粒密度或顆粒密度(Particle density)。8.8 全混釜反應(yīng)器全混釜反應(yīng)器RCSTR例例8.5 乙酸乙酯的平衡反應(yīng)式為：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)為基于摩爾濃度的反應(yīng)平衡常數(shù)為K，lnK=1.335。進料為。進料為0.1013MPa下的飽和液體，其中，水、乙醇、乙酸的流率分下的飽和

58、液體，其中，水、乙醇、乙酸的流率分別為別為736kmol/h、218 kmol/h、225kmol/h，全混釜反，全混釜反應(yīng)器的體積為應(yīng)器的體積為21000L，溫度為，溫度為60，壓力為，壓力為0.1013MPa，化學(xué)反應(yīng)對象選用指數(shù)型?；瘜W(xué)反應(yīng)對象選用指數(shù)型。物性方法選用物性方法選用NRTL-HOC。求產(chǎn)品乙酸乙酯的流率為多少？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)器平推流反應(yīng)器RPlugn平推流反應(yīng)器平推流反應(yīng)器RPlug可以模擬可以模擬軸向沒有返混、徑向軸向沒有返混、徑向完全混合完全混合的理想平推流反應(yīng)器。的理想

59、平推流反應(yīng)器。n該模塊該模塊只能計算動力學(xué)控制只能計算動力學(xué)控制的反應(yīng)，要求已知化學(xué)的反應(yīng)，要求已知化學(xué)反應(yīng)式和動力學(xué)方程。反應(yīng)式和動力學(xué)方程。n可模擬單相、兩相或三相體系，并可處理固體，也可模擬單相、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。可以模擬帶冷卻劑物流的反應(yīng)器。8.9 平推流反應(yīng)器平推流反應(yīng)器RPlug8.9 平推流反應(yīng)器平推流反應(yīng)器RPlugnRPlug模塊的連接圖如下：模塊的連接圖如下：8.9 平推流反應(yīng)器平推流反應(yīng)器RPlugnRCSTR 模塊有八組模型參數(shù)：模塊有八組模型參數(shù)：1、模型設(shè)定、模型設(shè)定 (Specifications)2、反應(yīng)器構(gòu)型、反應(yīng)器

60、構(gòu)型 (Configuration)3、產(chǎn)品物流、產(chǎn)品物流 (Streams)4、化學(xué)反應(yīng)、化學(xué)反應(yīng)(Reactions) 5、壓力、壓力(Pressure)6、持液量、持液量(Holdup)7、催化劑、催化劑(Catalyst)8、反應(yīng)器直徑、反應(yīng)器直徑(Diameter)8.9 平推流反應(yīng)器平推流反應(yīng)器RPlug1、模型設(shè)定、模型設(shè)定 (Specifications)l需要指定平推流反應(yīng)器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，則包括冷卻劑參數(shù)）條件（如果帶有冷卻劑，則包括冷卻劑參數(shù)）。l平推流反應(yīng)器平推流反應(yīng)器RPlug的類型包