AspenPlus应用基础反应器
AspenPlus应用基础-反应器
Reactions — 动力学参数(2)
LHHW型的反应速率方程： 动力学因子 推动力表达式 rA 吸附表达式
v j 吸附表达式 Ki C j j i Bi 其中： ln K i Ai Ci ln T DiT T
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：
RCSTR —— 设定方式
设定方式有 7 个可选项：
4、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/凝聚相所 占的体积分率。
RCSTR —— 设定方式
设定方式有 7 个可选项：
5、反应器体积和相停留时间
(Reactor Volume & Phase Residence Time)
Aspen Plus 使用方法
Reactor Models
反应器模块 (II)
反应器模块的类别
分为三大类七种反应器：
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）
化学动力学类反应器
根据化学动力学计算反应结果。 包含三种反应器。
1、全混釜反应器（RCSTR） Continuous Stirred Tank Reactor 2、平推流反应器（RPlug） Plug Flow Reactor 3、间歇釜反应器（RBatch) Batch Reactor
[工学]AspenPlus应用基础-反应器
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以上两个反应的反应热各是多少？
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.
包含两种反应器.
1、化学计量反应器〔RStoic〕 Stoichiometric Reactor
2、产率反应器〔RYield〕 Yield Reactor
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.
Aspen Plus 使用方法
Models for Reactors 反应器模块 <I>
反应器模块的类别
分为三大类七种反应器：
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〕
生产能力类反应器
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.
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 <Operation Conditions> <1> 压力； <2> 温度/热负荷
2、有效相态 <Valid Phases> 汽 / 液 / 固 / 汽-液 / 汽-液-液 / 液-游离水 / 汽-液-游离水
RYield —— 产率
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.
化工Aspenplus反应示例
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重于泰山，轻于鸿毛。08:18:0108:18:0108:18Tuesday, December 15, 2020
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不可麻痹大意，要防微杜渐。20.12.1520.12.1508:18:0108:18:01December 15, 2020
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加强自身建设，增强个人的休养。2020年12月15日 上午8时 18分20.12.1520.12.15
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严格把控质量关，让生产更加有保障 。2020年12月 上午8时 18分20.12.1508:18December 15, 2020
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作业标准记得牢，驾轻就熟除烦恼。2020年12月15日星期 二8时18分1秒08:18:0115 December 2020
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好的事情马上就会到来，一切都是最 好的安 排。上 午8时18分1秒 上午8时 18分08:18:0120.12.15
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追求卓越，让自己更好，向上而生。2020年12月15日星期 二上午8时18分 1秒08:18:0120.12.15
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严格把控质量关，让生产更加有保障 。2020年12月 上午8时 18分20.12.1508:18December 15, 2020
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重规矩，严要求，少危险。2020年12月15日 星期二8时18分 1秒08:18:0115 2020
2.写出反应物和生成物
3.接下来选择物性方法PENG-ROB
4.在对应的空格内填写进料的温度、压力和 反应物的进料流量
5.填写反应的温度和压力，选择反应器内的 相态
6.写出反应方程式
7.所有参数填写完成后，计算得出结果
反应物和生成物的摩尔流量
反应热负荷
反应物和生成物的摩尔流量、摩尔流率和质量流量、质量流 率
AspenPlu反应器模拟介绍
1、反应器体积 (Reactor 2、停留时间 (Residence 4、反应器体积和相体积分率 5、反应器体积和相停留时间 6、停留时间和相体积分率 Volume) 7、相停留时间和体积分率 Time) 3、反应器体积和相体积 (Reactor Volume & Volume Fraction) Residence Time) (Reactor Time & PhasePhase Volume) 只需输入物料在反应器中的平均停 (ResidenceVolumeTime &Volume Fraction) ) (Phase Residence & Phase Volume Fraction 只需输入反应器的体积。 (Reactor 必须输入反应器体积和气相/凝聚相 必须输入反应器体积和气相/凝聚相所 必须输入物料在反应器中的总平均停 必须输入气相/凝聚相在反应器中的停 留时间。 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。 占的体积分率。 留时间和气相/凝聚相所占的体积分率。 留时间和所占的体积分率。 所占的体积。
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 (Operation Conditions)
(1) 压力； (2) 温度/热负荷
2、有效相态 (Valid Phases)
汽 / 液 / 固 / 汽-液 / 汽-液-液 / 液-游离水 / 汽-液-游离水
RYield —— 产率
RYield — 示例（2）
若在示例（1）的原料气中 加入 25 kmol/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？
ASPENPLUS反应器的模拟与优化解读
ASPENPLUS反应器的模拟与优化解读ASPEN Plus是一种流程模拟软件，广泛应用于化工工程、能源工程等领域。
它可以帮助工程师通过建立模型和进行仿真，预测和优化化工流程。
在化工生产过程中，反应器是一个重要的组件，ASPEN Plus能够进行反应器的模拟和优化解读，从而帮助工程师改进反应器的设计和操作条件，提高生产效率和产品质量。
首先，ASPEN Plus可以帮助工程师建立反应器的模型。
在ASPENPlus中，用户可以选择适当的反应器模型，如气相反应器、液相反应器、固相反应器等。
然后，用户可以输入反应器的物理和化学性质的数据，如反应器中的反应物浓度、反应速率常数、活化能等。
根据这些数据，ASPEN Plus可以进行数值求解，得到反应器中物质的浓度、温度、压力等参数的变化情况。
接下来，ASPEN Plus可以进行反应器的仿真。
在仿真过程中，ASPEN Plus可以帮助工程师分析反应物的转化率、选择性和产率等重要指标。
通过改变反应器的操作条件，如温度、压力、进料流量等，工程师可以观察到这些指标的变化情况。
如果仿真结果与实际情况相符，工程师可以进一步进行优化解读。
最后，ASPEN Plus可以进行反应器的优化解读。
优化是指通过改变操作变量，使得一些目标函数达到最优的过程。
在反应器中，可以将产物收率、能耗、废料生成量等作为目标函数，通过改变反应器的操作变量，如反应温度、催化剂用量等，使目标函数最优化。
ASPEN Plus提供了多种优化算法，如遗传算法、模拟退火算法等，可以自动最优解。
通过ASPEN Plus的模拟与优化解读，工程师可以获得以下信息和结果：1. 反应器的性能评估：ASPEN Plus可以帮助工程师评估反应器的表现，如转化率、选择性和产率等。
这些信息对于确定反应器的效果并进行性能改进至关重要。
2. 最优操作条件：通过优化解读，ASPEN Plus可以帮助工程师确定反应器的最佳操作条件，如温度、压力、进料流量等。
AspenPlus应用基础反应器 71页PPT文档
原料气中甲烷与水蒸汽的摩尔比为14，流 量为100 kmol/hr。
若反应在恒压及等温条件下进行，系统总 压为0.1013 MPa，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）
RCSTR —— 设定方式
设定方式有 7 个可选项：
674、5、3、、、12停相、反、反反留停反应停应应时留应器留器器间时器体时体体和间体积间积积相和积和和(和体R体相(相相eR积积s体停ei体d分a分积ec留积nt率率o分c时re率V间Toimluem) e) ((R(PR(ehRs只ea只iadesceae需需tncRoctr输e输oesVrTi入do入Vilemuno反物meclue&e应料mT&Pi器e在mhP&ae的h反s&aePs体应VeVhoVR积oa器llouseule。smu中midmVeee的oFenFlrcFru平aearmccaTt均tcieiiotmo)in停one)n))) 必必必必必留须须须须须时输输输输输间入入入入入。物气反反反料相应应应在/器凝器器反体聚体体应积相积积器和在和和中气反气气的相应相相总/器/凝/凝平凝中聚聚均聚的相相停相停所
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：
C4 H 22 H O C2 O 42 H
原料气中甲烷与水蒸汽的摩尔比为14，流量为 100 kmol/hr。反应在恒压及等温条件下进行，系统 总压为0.1013 MPa，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？
ASPENLUS反应器模拟教程
ASPENLUS反应器模拟教程第一步是创建一个新的ASPEN Plus工程。
打开软件后，选择“File”，然后选择“New”创建一个新的工程。
在弹出的对话框中，输入工程的名称和路径，并选择一个空白模板。
点击“OK”创建工程。
第三步是定义反应器。
选择“Reactor”选项卡，然后点击“Add”添加反应器。
在弹出的对话框中，选择反应器类型，例如理想反应器、柱塞反应器、流动床反应器等。
根据需要，设置反应器的相关参数，例如容积、温度、压力等。
点击“OK”添加反应器到工程中。
第四步是定义反应。
选择“Reactions”选项卡，然后点击“Add”添加反应。
在弹出的对话框中，选择反应类型，例如气液相反应、液体相反应等。
根据反应方程式，输入反应的化学方程式，并设置反应的参数，例如反应速率常数。
点击“OK”添加反应到工程中。
第五步是设定约束条件。
选择“Specifications”选项卡，然后点击“Add”添加约束条件。
在弹出的对话框中，选择需要约束的参数，例如物质转化率、温度、压力等。
根据需要，设置参数的取值范围或固定值。
点击“OK”添加约束条件到工程中。
第六步是运行模拟。
点击工具栏上的“Run”按钮开始模拟过程。
ASPEN Plus将根据设定的反应器和反应条件进行仿真计算，并输出结果。
在仿真过程中，可以监视反应器内物质转化率、温度、压力等参数的变化情况。
第七步是分析结果。
在模拟结束后，可以查看和分析模拟结果。
选择“Results”选项卡，然后点击不同的结果子选项卡，例如“Conversion”，“Temperature”，“Pressure”等。
在结果窗口中，可以查看各个参数的变化曲线图，并对结果进行进一步分析。
除了上述基本步骤之外，ASPEN Plus还提供了许多高级功能和工具，例如灵敏度分析、优化设计等。
可以根据具体的需求和应用场景，进一步探索和应用这些功能。
总结起来，ASPEN Plus反应器模拟教程包括创建工程、添加组件、定义反应器和反应、设定约束条件、运行模拟和分析结果等步骤。
ASPEN Plus 应用基础_练习4
“ASPEN Plus 应用基础”练习四化学反应器模拟1、 乙苯脱氢生产苯乙烯的反应方程式为：22565256H CH CH H C H C H C +=−⎯→←−cat反应速率方程为s kg kmol K p p p k r p c B A A ⋅⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡−=−/反应于T=898 K 下在列管式反应器中等温等压进行。
列管反应器由260根内径50mm 的圆管构成，管内填充的催化剂堆积密度为700kg/m 3，管内的流动模式可视为平推流，流体流经反应器的压降为0.02MPa 。
在反应条件下的反应速率常数k=1.68×10-10 kmol/kg ⋅s ，平衡常数Kp=3.727×104 Pa 。
进料流量为128.5 kmol/hr ，压力P=0.14MP ，其中乙苯浓度为0.05（摩尔分率），其余为水蒸汽。
求乙苯的最终转化率为60%时所需的反应管长度。
2、甲醛和氨按照以下化学反应生成乌洛托品：()(D)(C)(B)(A)O6H N CH HCHO 64NH 24623+→+ 反应速率方程式如下： 23/A A B r kC C kmol m s −=⋅式中：7622.57101420exp /k m kmol s RT ⎡⎤×=−⋅⎢⎥⎣⎦反应器容积为5 m 3，装填系数为0.6，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气相分率保持在0.001左右。
加料氨水的浓度为 4.1 kmol/m 3，流量为32.5 m 3/hr 。
加料甲醛水溶液的浓度为 6.3 kmol/m 3，流量为32.5m 3/hr ，加料温度为35°C 、反应器冷却负荷为-3000kW 。
求：乌洛托品的产量和输入氮气流量 ，并分析加料温度在20~40°C 范围里变化（A ） （B ）（C ）对甲醛转化率的影响。
3、现有一生产能力为1000吨/日氨的四段冷激式氨合成塔，各催化剂床层的进口温度和进、出口氨浓度如下：层数 进口温度（°C ） 进口氨浓度（%mol ） 出口氨浓度（%mol ）1 410 2.0 8.02 430 6.9 9.53 418 8.4 10.5 4 426 9.9 12.0已知原料气温度为141 °C ，压力为15 MPa ，组成（%mol ）为NH 3 CH 4 Ar N 2 H 22.0 11.0 2.3 22.2 62.5求：1、 各股冷激气量占总原料气量的分率；2、 各催化剂床层出口气体温度；3、 原料气的体积流量。
AspenPlus应用基础反应器教学教材
2、计算选项 (Calculation Options)
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。
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。
Aspen Plus 使用方法
Reactor Models
反应器模块
反应器模块的类别
分为三大类七种反应器：
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）
生产能力类反应器
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。
1、化学计量反应器（RStoic） Stoichiometric Reactor
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)
1、操作条件 (Operation Conditions)
(1) 压力； (2) 温度/热负荷
2、有效相态 (Valid Phases)
AspenPlu反应器模拟介绍
C4 H 22 H为100 kmol/hr。
若反应在恒压及等温条件下进行，系统总 压为0.1013 MPa，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？
精品课件
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0.1013 MPa，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？
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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。
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RYield — 示例（2）
若在示例（1）的原料气中 加入 25 kmol/hr 氮气，其余 条件不变，计算结果会发生什 么变化？
精品课件
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？
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热力学平衡类反应器
精品课件
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 (Operation Conditions)
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。
精品课件
REquil —— 连接
精品课件
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)