ASPENPLUS反应器模拟教程

A S P E N P L U S反应器模

拟教程

Prepared on 21 November 2021

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：

66121022C H C H H (1)

66121018142D 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=，D=

速率方程：

速率常数：

平衡常数：

参数值：

E1=30190cal/mol ；E2=30190cal/mol

A1=h/ft3/atm2；A2= lbmole/h/ft3/atm2

A ’=；

B ’=-1692；

C ’=；

D ’=；

E ’=

A ’’=；

B ’’=742；

C ’’=；

D ’’=；

E ’’=

P=

R=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

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。

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。