ASPEN-PLUS-反应器模拟教程.docx

Equation Chapter 1 Section 1简介

什么是Process Flowsheet

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。

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）。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。

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。

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。

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.

例题:苯的高温分解

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：

66

12102

2C H C H H +

(1)

66121018142

D

A

B

C

C H C H C H H ++

(2)

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

反应器尺寸：L=37.5in,D=0.5in 速率方程：

2

111222()()B D

A A A A

C D

B B A B B p p r k p K p p r k p p K -=-

-=-

速率常数：

1

11222exp()exp()

A B

E k A RT E

k A RT =-=-

平衡常数：