ASPEN PLUS 反应器模拟教程
化工流程模拟实训AspenPlus教程第8章反应器单元模拟
8.3 化学计量反应器RStoic
1、模型设定(Specifications)
包括操作条件和有效相态。
8.3 化学计量反应器RStoic
2、化学反应(Reactions)
需要规定在反应器中发生的所有反应。
8.3 化学计量反应器RStoic
定义每个反应时,必须规定化学计量系数,并分别指定每 一个反应的转化率或产品流率。
在气-固相催化反应中,由于实验反应器与工业反应器 中催化剂的填充方式不同,一般按单位质量催化剂来计 算反应速率便于换算到工业反应器中的反应速率。
8.1 反应器基础知识——基本概念
其它定义
液空速:反应混合物以液体进入反应器,常以25℃下液体 示空速。 湿空速:如果气体混合物有水蒸气。 干空速:不计水蒸气时的空速。 空间速度:是单位反应体积所能处理的反应混合物的体积
流反应器
模拟间歇式或半间 带反应速率控制的单相、两相或三相间歇
歇式反应器
和半间歇的反应器
8.3 化学计量反应器RStoic
按照化学反应方程式中的计量关系进行反应,有 平行反应和串联反应两种方式。
用于模拟化学平衡数据和动力学数据未知或不重 要的反应器,还可以计算产品的选择性和反应热。
8.3 化学计量反应器RStoic
生成,选择性会大于1; 如果所选择的组分在其它反应中消耗,选择性
可能会小于0。
8.3 化学计量反应器RStoic
5、粒度分布和组分属性
当反应生成固体或固体改变时,可以分别在 Attr.页面和PSD页面规定组分属性和粒子的尺 寸分布。
8.3 化学计量反应器RStoic
例8.1 用化学计量反应器RStoic模拟1-丁烯的异构化 反应,涉及到的反应及转化率如下表所示。进料温度 为16℃,压力为196kPa,进料中正丁烷(NBUTANE)、1-丁烯(1-BUTENE)、顺-2-丁烯 (CIS-2BUT)、反-2-丁烯(TR-2BUT)、异丁烯 (ISOBUT)的流率分别为35000kg/hr、 10000kg/hr、4500kg/hr、6800kg/hr、1450kg/hr, 反应器的温度为400℃,压力为196kPa。物性方法选 用RK-SOAVE。
化学行业中的流程模拟软件使用教程
化学行业中的流程模拟软件使用教程引言:在化学工业中,流程模拟软件是一种非常重要的工具,它可以有效地模拟化学过程和反应的整个流程,帮助工程师进行流程设计、参数优化、成本控制等工作。
本文将介绍几种常用的流程模拟软件以及它们的使用方法和注意事项,希望对从事化学行业的工程师和学生有所帮助。
一、ASPEN PlusASPEN Plus是一种常用的化学工程流程模拟软件。
它可以模拟各种化学反应,包括热力学、动力学以及多相反应等。
以下是使用ASPEN Plus的步骤:1. 定义组分:首先,需要定义系统中的化学组分,例如水、溶液或气体。
指定它们的物理性质,如密度、摩尔质量、熔点和沸点等。
2. 建立流程:然后,将反应器、分离器、冷却器等单元操作连接起来,建立流程图。
通过选取不同的单元操作模块,可以模拟各种化学过程,如加热、蒸发、尾气处理等。
3. 输入参数:在建立流程后,需要输入相应的操作参数,如温度、压力、流速等。
这些参数可以根据实际情况进行调整,以优化流程结果。
4. 运行模拟:确认所有参数设置正确后,可以运行模拟以获得流程的输出结果。
ASPEN Plus会生成各个单元操作的详细数据,如产率、转化率、能耗等。
5. 优化参数:通过对模拟结果的分析,可以对系统参数进行优化。
例如,可以调整反应器的温度、压力或者选择不同的分离器类型,以达到更好的工艺效果。
尽管ASPEN Plus是一种非常强大的软件,但在使用过程中需要注意以下几点:1. 认真学习:ASPEN Plus具有复杂的功能和接口,对初学者可能有一定的学习曲线。
因此,建议用户在使用之前认真学习软件的操作手册和教程,并进行一些实践演练。
2. 数据质量:输入数据的准确性对于模拟结果的可靠性至关重要。
因此,在输入数据时需要注意使用合适的物性数据和化学反应机理。
3. 模型验证:在进行真实的工程设计之前,应该对模拟结果进行验证。
这可以通过与实际操作数据的比较来完成,以确保模拟结果的准确性。
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反应器模拟教程
人工解决问题通常会让人对问题思考的更深, 找到新颖的解决方式, 对假设的评估和重新评 估更深入。 流程模拟的缺点就是缺乏与问题详细的交互作用。 这是一把双刃剑, 一方面可以 隐藏问题的复杂性使你专注于手边的真正问题, 另一方面隐藏的问题可能使你失去对问题的 深度理解。
历史
AspenPlusTM在密西根大学
到模拟器, 把文件从一台机器传送到另一台很容易, 但是里边不再含有结果和运行信息。 最 后,项目和被保存为模板作为另一个模拟的起点。 如果你正在一个项目上工作, 则应该保存 为Aspen Plus文件,备份格式的文件将自动建立。
反应器模型
有7个内置的反应器模型,RSTOIC(化学计量反应器)、RYIELD(产率反应器)、REQUIL(平
REQUIL计算基于同时解决化学计量数和相平衡计算,RGIBBS通过Gibbs自由能最小化解决
模型。
除了RPLUG和RBATCH所有模型可有任意数量的物料流•这些物料流内部混合•严密的模型可
包括内置的幂次定律或Langmuir-Hinschelwood-Hougen-Watson动力学或用户自定义的动力 学•自定义的动力学可以用Fortran子程序或者excel工作表格定义•
界面基础
启动AspenPlus,—个新的AspenPlus对象有三个选项,可以Open an Existing Simulation,从Template开始,或者用BlankSimulation创建你的工作表。这里选择blank simulation。
Aspen PlusTm的模拟引擎独立于它的图形用户界面(GUI)。你可以在一个电脑上使用GUI
P=14.69595psi
R=1.987cal/mol/K
ASPEN Plus培训教程 第十讲 反应器单元的仿真设计(一)
1、操作条件 (Operation Conditions)
(1) 压力; (2) 温度/热负荷
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 —— 模型设定
RGibbs —— 产物
RStoic —— 模型设定
设定操作条件和有效相态:
1、操作条件 (Operation Conditions) (1) 压力 (Pressure) (2) 温度/热负荷 (Temperature/Heat duty) 2、有效相态 (Valid Phases) 汽 / 液 / 固 / 汽-液 / 汽-液-液 / 液-游离水 / 汽-液-游离水
1、平衡反应器(REquil)
Equilibrium Reactor
2、吉布斯反应器(RGibbs)
Gibbs Reactor
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。
RStoic —— 模型设定(2)
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 —— 化学反应(2)
RStoic —— 化学反应(3)
RStoic —— 反应热
RYield —— 组分映射(2)
RYield — 示例(1)
ASPENPLUS介绍及模拟实例
ASPENPLUS介绍及模拟实例ASPENPLUS具有广泛的应用领域,包括石化、炼油、化肥、热力、制药、生化工程等。
它可以用于模拟各种化工过程,例如分离、混合、反应、蒸馏、液-液/气-液萃取、吸收、脱吸附、干燥等。
ASPENPLUS使用了一套成熟的计算方法和数学模型,可以准确地预测化工过程的性能指标,为工程师提供决策支持。
ASPENPLUS的建模过程包括定义组分、定义装置流程、定义物理特性、定义热力学模型、定义操作条件、定义单元操作、定义修正参数等。
用户可以根据具体的工艺流程需求,选择不同的模拟单元进行组合,以实现整个过程的模拟。
在模拟过程中,用户可以通过调整操作条件和设备参数,进行优化设计,以实现最佳的性能。
下面以丙烯酸酯生产过程为例,介绍ASPENPLUS的模拟实例。
丙烯酸酯是一种重要的化工原料,广泛应用于合成高分子材料、油墨、粘合剂等。
其主要生产过程是通过异丁烯与甲基丙烯酸酯在催化剂存在下进行反应生成。
为了实现丙烯酸酯的高选择性产率,需要优化反应过程的操作条件和装置结构。
首先,在ASPENPLUS中定义组分,包括异丁烯、甲基丙烯酸酯、丙烯酸酯和副产物。
然后,定义装置流程,包括进料反应器、分离塔和产品收集器。
接下来,定义物理特性,如温度、压力、流量等。
充分考虑物料的热力学性质,确保模拟过程的准确性。
在物理特性定义完成后,需要定义热力学模型。
根据反应过程的实际情况,选择适当的热力学模型,并确定模型参数。
在反应过程中,可以设置反应器的温度、压力和催化剂的用量,以及反应物的摩尔比例。
定义好热力学模型后,需要定义操作条件。
根据实际工艺需求,设置反应器的温度和压力,以及进料和产物的流量。
可以使用ASPENPLUS提供的优化算法,通过调整操作条件,实现产物选择性的优化。
最后,定义单元操作,包括进料反应器、分离塔和产品收集器的模型和参数。
分离塔的模型可以选择蒸馏、吸收或萃取等。
通过定义修正参数,可以对模拟过程进行细致的调整和修改,以实现更准确的模拟结果。
AspenPlu反应器模拟介绍 ppt课件
AspenPlu反应器模拟 介绍
AspenPlu反应器模拟介 绍
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 (Flash Options) 4、粒度分布 (PSD) 5、组分属性 (Component Attr.)
AspenPlu反应器模拟介 绍
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)
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。
AspenPlu反应器模拟 介绍
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?
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?
AspenPlu反应器模拟 介绍
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
AspenPlu反应器模拟介绍
精选ppt
11
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?
精选ppt
12
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
精选ppt
3
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。
精选ppt
15
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
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。
精选ppt
13
RYield —— 连接
精选ppt
14Hale Waihona Puke 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 (Flash Options) 4、粒度分布 (PSD) 5、组分属性 (Component Attr.)
AspenPlu反应器模拟介绍 ppt课件
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 (Assign Steams) 4、惰性物 (Inerts) 5、限制平衡 (Restricted Equilibrium)
ppt课件
32
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、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
ppt课件
38
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。
ppt课件
27
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。
ppt课件
28
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。
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。
ppt课件
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REquil —— 连接
ppt课件
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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)
ASPEN PLUS 反应器模拟教程
简介什么是Process FlowsheetProcess Flowsheet(流程图)可以简单理解为设备或其一部分的蓝图.它确定了所有的给料流,单元操作,连接单元操作的流动以及产物流.其包含的操作条件和技术细节取决于Flowsheet 的细节级别.这个级别可从粗糙的草图到非常精细的复杂装置的设计细节.对于稳态操作,任何流程图都会产生有限个代数方程。
例如,只有一个反应器和适当的给料和产物,方程数量可通过手工计算或者简单的计算机应用来控制。
但是,当流程图复杂程度提高,且带有很多清洗流和循环流的蒸馏塔、换热器、吸收器等加入流程图时,方程数量很容易就成千上万了。
这种情况下,解这一系列代数方程就成为一个挑战。
然而,叫做流程图模拟的电脑应用专门解决这种大的方程组,Aspen PlusTM,ChemCadTM,PRO/IITM。
这些产品高度精炼了用户界面和网上组分数据库。
他们被用于在真是世界应用中,从实验室数据到大型工厂设备。
流程模拟的优点在设备的三个阶段都很有用:研究&发展,设计,生产。
在研究&发展阶段,可用来节省实验室实验和设备试运行;设计阶段可通过与不同方案的对比加速发展;生产阶段可用来对各种假设情况做无风险分析。
流程模拟缺点人工解决问题通常会让人对问题思考的更深,找到新颖的解决方式,对假设的评估和重新评估更深入。
流程模拟的缺点就是缺乏与问题详细的交互作用。
这是一把双刃剑,一方面可以隐藏问题的复杂性使你专注于手边的真正问题,另一方面隐藏的问题可能使你失去对问题的深度理解。
历史AspenPlusTM在密西根大学界面基础启动AspenPlus,一个新的AspenPlus对象有三个选项,可以Open an Existing Simulation,从Template开始,或者用BlankSimulation创建你的工作表。
这里选择blank simulation。
Aspen PlusTm的模拟引擎独立于它的图形用户界面(GUI)。
Aspenplus反应器单元的仿真设计二
3、反应器体积和相体积 (Reactor Volume & Phase Volume) 必须输入反应器体积、
气相 (Vapor phase) 或 凝聚相 (Condensed phase) 所占的体积。
RCSTR — 设定方式(4)
RCSTR — 设定方式(5)
设定方式有 7 个可选项:
RPlug —— 平推流反应器
性质:完全没有返混的管式反应器,可 带有换热夹套。可模拟单、两、 三相的体系。只能处理动力学控 制反应。
用途:已知化学反应式和动力学方程, 计算所能达到的转化率,或所需 的反应器体积,以及反应器热负 荷。
RPlug — 平推流反应器 (2)
RPlug —— 连接 (1)
1、指定温度的反应器 (Reactor with specified temperature),有三种方式设定操作温度:
1) 进料温度下的恒温 (Constant at inlet temperature) 2) 指定反应器温度 (Constant at specified reactor
temperature) 3) 温度剖形 (Temperature Profile),指定沿反应器长
RPlug — 模型设定 (4)
RPlug — 模型设定 (5)
4、与冷却剂并流换热的反应器 (Reactor with co-current coolant)
5、与冷却剂逆流换热的反应器 (Reactor with counter-current coolant)
采用这两种类型需在流程图中连接冷却剂物流 (连接图 2),并在反应器类型下拉框中选择相 应的类型,在操作条件栏中输入传热系数 U 和 冷却剂出口温度(Coolant outlet temperature)或 蒸汽分率(Coolant outlet vapor fraction)。
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。
化工流程模拟实训AspenPlus教程第四章简单单元模拟
4.2.2 物流复制器Dupl
4.2.2 物流复制器Dupl
物流复制器Dupl用于将一股输入物流复制为多股 完全相同的输出物流。
在同一股进料下,物流复制器Dupl可复制物流和 能流,不遵循物料和能量衡算。
4.3 简单分离器
Decanter 模块的模型参数有:
1.液-液分相器设定(Decanter Specifications) 2.关键组分(Key Component) 3. 分离效率(Separation Efficiencies)
4.3.3 液-液分相器Decanter
1.液-液分相器设定(Decanter Specifications
例4.3.3 两股进料进入液-液分相器Decanter进 行液-液分离。 进料采用例中的进料,液-液分相器温度为25℃, 压力为0.1MPa,乙醇的分离效率为0.9。
4.3.4 组分分离器Sep
组分分离器Sep可将任意股入口物流,按照 每个组分的分离规定分成两股或多股出口物 流。
当未知分离过程,但已知每个组分的分离结 果时,可以用组分分离器Sep代替严格分离 模块以节省计算时间。
出口物流的压力(或
FSplit计算时需要指定 模块压降)
出口物流的有效相态
如果不指定压力或压降,模块将自动默认进 料的最低压力为出口物流的压力。
4.1.2 分流器 FSplit
例4.1.2 将三股进料通过分流器分成三股产品 PRODUCT1、PRODUCT2、PRODUCT3,进料 物流依然选用例的三股进料,物性方法选用 CHAO-SEA。 要求:①物流PRODUCT1的摩尔流率为进料的 50%;②物流PRODUCT2中含有10kmol/hr的 正丁烷。
ASPENPLUS反应器模拟教程
速率方程:
速率常ห้องสมุดไป่ตู้:
平衡常数:
参数值:
E1=30190cal/mol;E2=30190cal/mol
A1=7.4652E6lbmole/h/ft3/atm2;A2=8.6630E6 lbmole/h/ft3/atm2
A’=-19.76;B’=-1692;C’=3.13;D’=-1.63E-3;E’=1.96E-7
假设给料是大气压下的纯苯。
Blocks
现在输入反应器参数。首先假设入口条件为等温。
然后进入反应器尺寸,输入多管反应器参数
最后,定义反应方程
这里设为幂次定律动力学
Reactions
这些表格中,首先要输入每个反应所有组分的化学计量系数和幂次定律系数,然后进入kinetics标签。在Aspen中,我们将2个可逆反应描述为4个独立的反应,每个都有自己的动力学表达式。选择New继续,按照建议的参数填写。
什么是
ProcessFlowsheet(流程图)可以简单理解为设备或其一部分的蓝图.它确定了所有的给料流,单元操作,连接单元操作的流动以及产物流.其包含的操作条件和技术细节取决于Flowsheet的细节级别.这个级别可从粗糙的草图到非常精细的复杂装置的设计细节.
对于稳态操作,任何流程图都会产生有限个代数方程。例如,只有一个反应器和适当的给料和产物,方程数量可通过手工计算或者简单的计算机应用来控制。但是,当流程图复杂程度提高,且带有很多清洗流和循环流的蒸馏塔、换热器、吸收器等加入流程图时,方程数量很容易就成千上万了。这种情况下,解这一系列代数方程就成为一个挑战。然而,叫做流程图模拟的电脑应用专门解决这种大的方程组,Aspen PlusTM,ChemCadTM,PRO/IITM。这些产品高度精炼了用户界面和网上组分数据库。他们被用于在真是世界应用中,从实验室数据到大型工厂设备。
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- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
Properties
在这一部分设置不同组分的物性。因为压力够低,这里选择理想条件。SYSOP0是Aspen中液相和气相理想特性的物性方法。从Help菜单选择what’s this?可以得到对象的特性。大多数时候一个黄色的提示框会给出合理的描述。
Streams
A’’=-28.74;B’’=742;C’’=4.32;D’’=-3.15E-3;E’’=5.08E-7
P=14.69595psi
R=1.987cal/mol/K
练习:
根据实验课指示,在Aspen Plus中使用手册复制T=1400F和p=1atm时表1的数据。实验和模拟的摩尔分率误差是多少?
教程
流程图
反应器尺寸:L=37.5in,D=0.5in
速率方程:
速率常数:
平衡常数:
参数值:
E1=30190cal/mol;E2=30190cal/mol
A1=7.4652E6lbmole/h/ft3/atm2;A2=8.6630E6lbmole/h/ft3/atm2
A’=-19.76;B’=-1692;C’=3.13;D’=-1.63E-3;E’=1.96E-7
我们从添加反应器开始。
选中反应器,插入流程图窗口,这时,窗口上有代表平推流反应器的图片出现,Aspen术语叫做Block(块),默认名字为B1.
选择工具条上Streams选项。Aspen有三种不同的物流种类:物质流,热流和功流。物质流为默认图标。
选择物流图标后在流程图B1左边向B1画一道线。当接近块时,会看到两个亮起来的箭头。红线是必须的给料,蓝线是可选的加热或冷却流体的入口。选择红线连接给料流。
Profiles里面可以找到浓度、温度等沿反应器的分布。结果可以在Plot菜单分析。
画摩尔浓度曲线可以根据下面三步:
历史
AspenPlusTM在密西根大学
界面基础
启动AspenPlus,一个新的AspenPlus对象有三个选项,可以Open an Existing Simulation,从Template开始,或者用BlankSimulation创建你的工作表。这里选择blank simulation。
Aspen PlusTm的模拟引擎独立于它的图形用户界面(GUI)。你可以在一个电脑上使用GUI创建你的模拟,然后运行连接到另一个电脑的模拟引擎。这里我们使用Local PC模拟引擎。缺省值不变。点击OK。
假设给料是大气压下的纯苯。
Blocks
现在输入反应器参数。首先假设入口条件为等温。
然后进入反应器尺寸,输入多管反应器参数
最后这些表格中,首先要输入每个反应所有组分的化学计量系数和幂次定律系数,然后进入kinetics标签。在Aspen中,我们将2个可逆反应描述为4个独立的反应,每个都有自己的动力学表达式。选择New继续,按照建议的参数填写。
例题
本教程将介绍苯高温分解反应用于Aspen Plus中RPLUG.
Diphenyl(C12H10)联苯是很重要的工业媒介,其一种生产方案为苯(C6H6)的高温分解脱氢,过程中,二级反应还生成了triphenyl(C18H14)三苯。
反应如下:
Murhpy,Lamb和Watson对最初由Kassell实施的这个实验得到一些实验数据.试验中,液态苯蒸发,加热到反应温度,进入平推流反应器,产物流冷凝,分析组分。结果如下
所有需要的输入都完成了,准备好运行模拟。点击下一步出现下面的对话框
控制面板
控制面板会显示模拟过程。所有的警告,错误和状态信息都会显示。模拟成功完成后,我们可以按下控制面板工具条上的蓝色的文件夹图标分析。
结果
结果总结是默认显示的。第一页是运行状态
Streams显示所有流的结果,可以与初始参数比较摩尔分率
下一步就是Aspen PlusTM主应用窗口——空白的流程图窗口。先熟悉下界面。
状态信息Flowsheet Not Complete一直持续到完整的流程描述进入窗口,完成后状态信息会变为Required Input Incomplete(所需输入未完成)。一个模拟只有在状态信息显示Required Input Complete(所需输入完成)时才能运行。对于最简单的流程图,必须有两股物流,一个FEED,一个PRODUCT,连接到单元操作设备,叫做REACTOR。
选择M-terphenyl,点击Add。到下一步
蓝色的核对标记表示这部分的最低要求达到了。这是点击下一步将进入下一个输入表格。
这里先来修改Setup部分的默认值。
Setup
在Report Options中有一个有用的自定义,如下图所示
虽然是可选项,但是输入一个标题来描述你的项目还是一个很好的主意。下面两页提出两个建议。
反应器模型
有7个内置的反应器模型,RSTOIC(化学计量反应器)、RYIELD(产率反应器)、REQUIL(平衡反应器)、RGIBBS(Gibbs反应器)、RPLUG(平推流反应器)、RCSTR(全混釜反应器)、RBATCH(间歇釜反应器)。RPLUG,RCSTR,RBSTCH是严格对应平推流、全混釜反应和间歇反应的。
模型库工具条(Model Library Toolbar):这个工具条包含Aspen Plus不同操作单元的内置模型。
文件有三种保存模式:Aspen Plus文件,Aspen Plus备份文件和模板。
Aspen Plus文件可保存结果和运行信息,但这是个二进制文件;备份文件则是标准的ASCII文本文件。如果你是Aspen Plus专家,你可以直接在文件中更改,并作为输入从命令行发送到模拟器,把文件从一台机器传送到另一台很容易,但是里边不再含有结果和运行信息。最后,项目和被保存为模板作为另一个模拟的起点。如果你正在一个项目上工作,则应该保存为Aspen Plus文件,备份格式的文件将自动建立。
什么是
Process Flowsheet(流程图)可以简单理解为设备或其一部分的蓝图.它确定了所有的给料流,单元操作,连接单元操作的流动以及产物流.其包含的操作条件和技术细节取决于Flowsheet的细节级别.这个级别可从粗糙的草图到非常精细的复杂装置的设计细节.
对于稳态操作,任何流程图都会产生有限个代数方程。例如,只有一个反应器和适当的给料和产物,方程数量可通过手工计算或者简单的计算机应用来控制。但是,当流程图复杂程度提高,且带有很多清洗流和循环流的蒸馏塔、换热器、吸收器等加入流程图时,方程数量很容易就成千上万了。这种情况下,解这一系列代数方程就成为一个挑战。然而,叫做流程图模拟的电脑应用专门解决这种大的方程组,Aspen PlusTM,ChemCadTM,PRO/IITM。这些产品高度精炼了用户界面和网上组分数据库。他们被用于在真是世界应用中,从实验室数据到大型工厂设备。
RSTOIC用于化学计量数已知但反应动力学未知活可忽略的情况。如果反应动力学和化学计量数都未知,则应用RYIELD。对单相化学平衡或均相和化学平衡计算,应用REQUIL或RGIBBS。REQUIL计算基于同时解决化学计量数和相平衡计算,RGIBBS通过Gibbs自由能最小化解决模型。
除了RPLUG和RBATCH,所有模型可有任意数量的物料流.这些物料流内部混合.严密的模型可包括内置的幂次定律或Langmuir-Hinschelwood-Hougen-Watson动力学或用户自定义的动力学.自定义的动力学可以用Fortran子程序或者excel工作表格定义.
当不知道下一步该做什么,最简单的做法是点击Next Button。这个按钮会带你进入下一步,或告诉你还缺少什么。此时,流程图完成了,但是还缺少必须的输入参数。点击
将显示
组分输入表格
点击上图中的OK,进入组分部分,数据浏览器。
按图中所示,输入数据。Component ID就是组分的身份。这里组分比较简单,使用化学式作为身份。从身份,Aspen可以调出名字和化学式。第四种没有调出,是因为这个化学式有三种同分异构体:间三联苯,对三联苯,邻三联苯。在名称栏输入Terphenyl,会出现
下一步输入第一个反应的逆反应。
这里所有的化学计量数都以“1摩尔苯”为基准,这一点很重要。
以此类推,写完4个方程,结果如下
动力学系数kinetics coefficients在下面详细介绍,这和动力系数kinetic factor的表达不同。这是对反应速率常数的更普遍的定义。当T0忽略时Aspen默认返回Arrhenius方程。这里的k必须是SI单位制,不管其他地方用的什么单位。
物流的默认名称为S1.同样的,连接产品流。完成后,流程图如下图所示。仍有两个亮的蓝色箭头表示所需热负荷。这是可选的,我们继续下一步。看到状态栏从Flowsheet Not Complete变为Required Input Incomplete,点击流图标上的箭头,隐藏蓝色箭头,此时可以自由移动流程图上的图标,从而安排连接。
需要注意的是:将流和块对齐。选中流程图上的所有图标,右击出现菜单,选中Align Blocks。如果只是选中一个图标,出现的菜单将不同。
可以重命名流程图中的图标。选中图标,右击出现菜单,选择Rename Block。
重新命名为FEED、PRODUCT、REACTOR。
到此,流程图绘制完毕,剩下的参数在输入表格中完成。
流程模拟的优点
在设备的三个阶段都很有用:研究&发展,设计,生产。在研究&发展阶段,可用来节省实验室实验和设备试运行;设计阶段可通过与不同方案的对比加速发展;生产阶段可用来对各种假设情况做无风险分析。
流程模拟缺点
人工解决问题通常会让人对问题思考的更深,找到新颖的解决方式,对假设的评估和重新评估更深入。流程模拟的缺点就是缺乏与问题详细的交互作用。这是一把双刃剑,一方面可以隐藏问题的复杂性使你专注于手边的真正问题,另一方面隐藏的问题可能使你失去对问题的深度理解。