AspenPlu反应器模拟介绍
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。
ASPENPlus培训教程之反应器单元的仿真设计(PPT 61张)
q j j
B l 其 中 ：l n K A C n T D T l l ll l T
Reactions—动力学参数
(7)
推动力表达式包括两项： Term 1 和 Term 2, 分别代表正反应和逆反应的推动 力，分别表达为体系中各组分浓度的幂乘 积。 在推动力输入界面中，必须完整输入 这两项的全部参数，包括推动力常数表达 式 的 系 数 (Coefficients for driving force constant)。
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 —— 图标
RCSTR —— 连接
RCSTR—— 模型参数
RPlug —— 连接 (2)
RPlug —— 模型参数
RPlug 模块有四组模型参数：
1、模型设定fications) (Reactions) (Pressure)
2、反应器构型 (Configuration)
RPlug — 模型设定
设定反应器类型，共有五种类型：
设定方式有 7 个可选项：
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：
RCSTR模块有两组模型参数： 1、操作条件 (Operation Conditions) 1) 压力 (Pressure) 2) 温度/热负荷(Temperature/Heat Duty) 2、持料状态 (Holdup) 1) 有效相态 (Valid Phases) 2) 设定方式 (Specification Type)
ASPEN_PLUS_介绍及模拟实例
ASPEN PLUS的热力学模型（适用体系）
非理想体系——采用状态方程与活度系数相 结合的模型；
原油和调和馏分；
水相和非水相电解质溶液； 聚合物体系。
ASPEN PLUS的热力学模型（状态方程）
• • • • • • • • • • Benedict-Webb-Rubin-Lee-Starling（BWRS）； Hayden-O’Connell； 用于Hexamerization的氢-氟化物状态方程； 理想气体模型； Lee-Kesler（LK）； Lee-Kesler-Plocker； Peng-Robinson（PR）； 采用Wong-Sandler混合规则的SRK或PR； 采用修正的Huron-Vidal-2混合规则的SRK或PR； 用于聚合物的Sanchez-Lacombe模型。
• • • • • • API酸水方法； Braun K-10； Chao-Seader； Grayson-Streed； Kent-Eisenberg； 水蒸气表。
ASPEN PLUS的物性分析工具
• 物性常数估算方法：可用于分子结构或其他易测 量的物性常数（如正常沸点）估算其他物性计算 模型的常数。 • 数据回归系统：用于实验数据的分析和拟合。 • 物性分析系统：可以生成表格和曲线，如蒸汽压 曲线、相际线、t-p-x-y图等。 • 原油分析数据处理系统：用精馏曲线、相对密度 和其他物性曲线特征化原油物系。 • 电解质专家系统：对复杂的电解质体系可以自动 生成离子或相应的反应
目标：塔顶馏出物甲醇纯度>99.95wt%，塔 底水纯度>99.90wt%。
步骤
启动程序
选择单位制和运算类型
用户界面
1. Aspen Plus 的过程流程图
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
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。
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。
AspenPlus应用基础-反应器-2
(Langmuir-Hinshelwood-Hougen-Watson)
2、幂律型 (Power Law) 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)
RPlug — 模型设定(1)
设定反应器类型，共有五种类型：
1、指定温度的反应器 (Reactor with specified temperature)，有三种方式设定操作温度：
(Residence Time & Phase Volume Fraction)
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。
RCSTR —— 设定方式
设定方式有 7 个可选项：
7、相停留时间和体积分率
(Phase Residence Time & Volume Fraction)
量为 32.5 m3/hr。加料甲醛水溶液的浓度为 6.3 kmol/m3，流量为
32.5 m3/hr。求 35 C 下乌洛托品的产量和输入氮气流量 ，并分
析反应温度在 20~60 C 范围里对甲醛转化率的影响。
RPlug — 平推流反应器
性质：反应器内完全没有返混。可模拟 单、两、三相的体系。只能处理 动力学控制反应。可模拟换热夹 套。
Reactions — 动力学参数(2)
LHHW型的反应速率方程：
ASPENPLUS反应器的模拟与优化PPT课件
.
7
RStoic —— 选择性
选择性定义为：
SP,A
P/Areal P/Aideal
△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。
.
8
RStoic计算－例5.1
.
27
RGibbs —— 模型设定
.
28
RGibbs —— 产物
有三种选择：
1、系统中的所有组分都可以是产物；
RGibbs considers all components as products
2、指定可能的产物组分； Identify possible products
3、定义产物存在的相态。 Define phases in which products appear
▪ 了解特定的反应过程的特点，选择相适应 的反应器类型或反应器网络，保证所需产 品组分足够的产率和选择性。
.
5
（一）生产能力类反应器
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，不知化学动力学关系。
.
12
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ率。并设定进料中的惰性组分。
.
13
RYield — 示例5.2
甲烷与水蒸汽在镍催化剂下的转化反应为：
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.)
化工CAD 2-2 反应器
反应器是化工过程由原料到产品的转化过 程的关键设备，Aspen Plus 中提供的反应 器操作模型有Rstoic、RYield、REquil、 RGibbs、RCATR、RPlug和RBatch几种
2.2.4.5 反应器 （Reactors）
Rstoic （化学计量反应器） 和 RYield （收 率反应器）单元操作模块 都适用于反应动力学不知道或不重要的情 况下，Rstoic 用于化学计量数和反应程度 已知的反应器； RYield 用于收率分布已知 的反应器 ，其流程连接图如下图。
平推流中的物料在径向截面上物质参数 均相同，浓度、温度与轴向距离有关系。
2.2.4.5 反应器 （Reactors）
RBatch（间歇反应器）单元操作模块
是模拟已知反应的动力学的间歇或半间歇 反应器的严格模型。间歇操作是非稳态过 程。温度、组分、流率等变量是随时间而 变化的。
2.2.4.5 反应器 （Reactors）
RPlug（平推流反应器）单元操作模块
是动力学反应器模块。 模拟单相、两相或三相平推流反应器的严 格模型。 什么是平推流反应器？
平推流反应器又称理想置换反应器、活塞 流反应器。在反应器内，流体以平推流方 式流动。是连续流动反应器。在稳态下， 反应器内的状态只随轴向位置而变，不随 时间而变。 平推流是理想状态下在流动方向上完全没 有返混，而在垂直于流动方向的平面上达 到最大程度的混合。
通过Gibbs自由能最小实现化学和相平衡。 不要求规定反应的化学计量系数
2.2.4.5 反应器 （Reactors）
RCSTR （连续搅拌釜）单元操作模块
是动力学反应器模块，使用Reactions窗口 为这些模型规定化学计量和数据。
ASPEN-PLUS-反应器模拟教程
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。
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。
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。
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。
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。
煤制乙二醇工艺AspenPlus模拟参数
煤制乙二醇工艺AspenPlus模拟参数25万t/a物性估算一、运行类型：Property Estimation二、物质基本性质1、亚硝酸甲酯英文缩写：MN 分子结构：分子量：61.04沸点：-12℃2、草酸二甲酯英文缩写：DMO 分子结构：分子量：118.09沸点：163.5℃3、碳酸二甲酯英文缩写：DMC 分子式：分子量：90.08沸点：52℃N OOCH3OO OOCH3 CH3OOOCH3CH3模型方法过程涉及到的物系为强非理想物系，故选用NRTL模型中的NRTL-RK方程作为物性方程，汽相采用RK方程，液相采用NRTL 方程。
工艺参数一、MN再生反应工艺参数该反应在反应精馏塔中完成，反应式及动力学方程如下：动力学方程：上式中r为硝酸甲酯的生成速率，单位为kmol／(m3〃s)；PNO 和PO2别为NO和02的气相分压，单位为Pa。
模拟的条件如下：反应精馏塔的总塔板数为40块，液相甲醇自塔的上部第6块板进料，来自于偶联反应后含有NO的不凝气从塔下部第24块板下部入塔，即设置的反应段级数为9级；反应的停留时间设置为8 second；塔顶气相采出量为1204.4Kmol/h,塔顶液相回流量为424 Kmol/h。
二、DMO合成反应工艺参数该反应采用转化率模型代替动力学过程表示反应过程。
以亚硝酸甲酯为基准，其转化率为81％，而草酸二甲酯的选择性为90％。
含有亚硝酸甲酯的混合气与CO混合后，预热至135℃，然后通过固定床反应器进行催化偶联反应。
三、偶联反应产物冷凝吸收过程的工艺参数过程通过一个填料吸收塔完成，塔顶的气相出料再连接一个冷凝分离器，进一步将洗涤溶剂甲醇冷凝下来，用于溶解草酸二甲酯。
此过程的操作压力为2 bar，吸收塔的理论级数为20，甲醇洗涤液的入塔温度为15℃，吸收塔塔顶气相出料温度为41.8℃，塔釜液相出料温度为46.2℃，塔顶冷凝分离器温度为16.2℃。
四、DMO精馏分离过程的工艺参数采用的精馏塔的理论板数为23块，11块为进料板，摩尔回流比为0.36，塔顶气相的摩尔采出率为0.7086，精馏塔在常压下操作。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 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)。
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？
热力学平衡类反应器
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。
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 2、产率反应器（RYield） Yield Reactor
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：
CH 4 H 2O CO 3H2CO 来自 H 2O CO2 H 2
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。
1、模型设定 (Specifications) 2、化学反应 (Reactions) 3、反应热 (Heat of Reaction) 4、选择性 (Selectivity) 5、粒度分布 (PSD) 6、组分属性 (Component Attr.)
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) 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 —— 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。
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 (Flash Options) 4、粒度分布 (PSD) 5、组分属性 (Component Attr.)
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 (Assign Steams) 4、惰性物 (Inerts) 5、限制平衡 (Restricted Equilibrium)
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 (Operation Conditions)
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：
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？
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。
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：
P / Areal S P, A P / Aideal
△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；
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 — 示例（2）
若在示例(1)中的原料气中加 入25 kmol/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
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
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
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(Temperature Approach)。
1、操作条件 (Operation 2、持料状态 (Holdup) Conditions) 1) 压力 (Pressure) 1) 有效相态 (Valid Phases) 2) 温度/热负荷(Temperature/Heat 2) 设定方式 (Specification Type) Duty)
RCSTR —— 设定方式
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。
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：
CH 4 2H2O CO2 4H2
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？
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