Aspen模拟反应器模块

RPlug
123.785 0.537
RCSTR
119.931 0.520
-18437.791
-17758.267
-17068.128
-16394.167
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小结
1）启动User Interface 2）选用Template 3）选用单元操作模块：Model Blocks 4）连结流股：Streams 5）设定全局特性：Setup Global Specification 6）输入化学组分信息 Components 7）选用物性计算方法和模型 Property Methods & Models 8）输入外部流股信息 External Steam 9）输入单元模块参数 Block Specifications 10）运行模拟过程 Run Project 11）查看结果 View of Results 12）输出报告文件 Export Report 13）保存模拟项目 Save Project 14）退出 Exit
反应器---反应ID的使用
• 反应 ID的建立方法：/Reactions/Object Manager
点击New建立新的反应ID
规定ID名称并指定反应类型 表中规定反应数据
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反应器---PowerLaw速率表达式
常规的幂率速率表达式：
活化能 k (指前因子) T exp RT
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反应器---以化学平衡为基础的反应器
REquil（平衡反应器）和RGibbs（Gibbs自由能最 小的平衡反应器）都可用于化学平衡和相平衡同 时发生的单元操作的模拟。
不考虑反应动力学 该类模块能求解相似的问题，但对于问题的规 定不同 允许单个反应能达到严格化学平衡
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反应器---以化学平衡为基础的反应器
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反应器---基于物料平衡的反应器
• Rstoic 和Ryield这两类基于物料平衡的反应器适用 于反应动力学不知道或不重要的情况
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反应器---基于物料平衡的反应器
• RStoic
适用于反应动力学不知道或不重要的情况 要求原子平衡和质量平衡 用于化学平衡数据和动力学数据不知道或不重 要的反应器 可以规定或计算在参考温度和压力下的反应热
B: 3 B: 0
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反应器---反应热
• 无需为反应指定反应热
• 反应热通常按反应器入口和出口流股的焓差计算
• 如果用户有的反应热数值和Aspen Plus 计算出的反
应热数值不匹配，则可以调整一个或多个组分的生
成热 (DHFORM)， 使用户的反应热数据和计算的
反应热数据相匹配 • 在RStoic 反应器中，可以规定或计算参考温度、压 力下的反应热
只要求物料平衡, 不要求原子平衡 用来模拟入口物流不知道，但出口物流已知的 反应器(例如，模拟一个炉子)
1000 lb/hr Coal（煤） IN RYield 70 lb/hr H2O 20 lb/hr CO2 60 lb/hr CO 250 lb/hr tar（焦油） 600 lb/hr char（焦碳） OUT
提示: 核对每个反应器是否把汽相和液相都考虑成有效相态。
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反应器---例题1
【例题1】对比不同类型反应器的使用 分别利用RStoic, RGibbbs, RPlug，RCSTR模块进
行计算。
建议初期计算时，流程先用一个模块进行计算，后在流
程上添加其他的模块。
流股复制用Manipulator/ dupl，该模块不需要定义
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例题2-环己烷生产
•目的:创建一个流程来模拟环己烷生产过程 •环己烷可以用苯加氢反应得到，反应如下: • C6H6 苯 + 3 H2 氢气 = C6H12 环己烷
•在进入固定床反应器前，苯和氢气进料与循环氢气和环己烷混合。 假设苯转化率为 99.8%。 •反应器出料被冷却，轻气体从产品物流中分离出去。 部分轻气体作 为循环氢气返回反应器。 •从分离器出来的液体产品物流进入蒸馏塔进一步脱除溶解的轻气体， 使最终产品稳定。部分环己烷产品循环进入反应器，辅助控制温度。
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反应器---反应ID的使用
反应 ID规定
反应ID被设置为对象, 独立于反应器, 并且在 反应器中被引用 单个反应ID可以在任意个动力学反应器(RC STR, RPlug 和 RBatch)中引用 一个反应器模块中可引用多个反应系列 每个反应ID都可有多个加成和/或分解反应
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• REquil
通过求解反应平衡方程进而计算化学平衡和相 平衡 不能进行3相闪蒸计算 可用于多组分物系、已知一些反应并且仅有较 少组分参加反应的情况
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反应器---以化学平衡为基础的反应器
• RGibbs （Gibbs自由能最小的平衡反应器）
通过吉布斯自由能最小化来确定在产品吉布斯自由能最 小时的产品组成。可模拟单相气相或液相化学平衡、 不带化学反应的相平衡、带固体溶液相或化学平衡及 同时具有相平衡和化学平衡。
C, O2
IN RStoic
2 CO + O2 --> 2 CO2 C + O2 --> CO2 2 C + O2 --> 2 CO
C, O2, CO, CO2
OUT
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反应器---基于物料平衡的反应器
• RStoic规定屏
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反应器---基于物料平衡的反应器
• RYield
用于收率分布已知的反应器
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例题2-环己烷生产—模拟流程图
C6H6 苯
Total flow = 330 kmol/hr T = 50 C P = 25 bar Molefrac H2 = 0.975 N2 = 0.005 CH4 = 0.02
+
3 H2 氢气
=
C6H12 环己烷
PURGE
去流股 H2RCY的流量为92%
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反应器---例题1
• 【例题1】对比不同类型反应器的使用
反应器条件: Temperature（温度） = 70 0C Pressure （压力）= 1 atm 化学计量式:
Ethanol(乙醇)+ Acetic Acid(乙酸)<--> Ethyl Acetate(乙酸乙酯)+ Water(水)
• 因为考虑了反应动力学, 所以必须对其进行定义。 动力学可以用一个内置模型定义, 或用一个用户子 程序定义，现有的内置模型是：
幂律模型（Power Law） Langmuir-Hinshelwood-Hougen-Watson
(LHHW)
• 反应催化剂的反应系数可以为零。
• 反应通过“反应 ID”规定。
当发生的反应未知，或由于有许多组分参与反
应，致使反应数量很多时，该模块非常有用。
RGibbs 是唯一能处理固-液-汽相平衡的Aspen
Plus模块
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反应器---以化学平衡为基础的反应器
• RGibbs 基本规定屏
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反应器---动力学反应器
动力学反应器有 RCSTR（全混流反应器）, RPlug （平推流反应器）和RBatch（间歇反应器）。
动力学参数: 正反应: Pre-exp. Factor（指前因子） = 1.9 x 108, Act. Energy（活化能）= 5.95 x 107 J/kmol 逆反应: Pre-exp. Factor （指前因子） = 5.0 x 107, Act. Energy （活化能）= 5.95 x 107 J/kmol 反应中每个反应物的反应都是1级 (总共为2级)。 反应发生在液相中。
F-GIBBS DUPL
P-GIBBS
RGIBBS
F-PLUG F-CSTR
P-PLUG RPLUG Length = 2 meters
Diameter = 0.3 meters
P-CSTR
物性方法：NRTL-HOC
RCSTR
Volume = 0.14 m3 第23页
反应器---例题1
• 【例题1】对比不同类型反应器的使用 反应器条件: Temperature（温度） = 70 C Pressure （压力）= 1 atm 化学计量式:
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反应器---动力学反应器
• RCSTR基本规定屏
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反应器---动力学反应器
• RPLUG
只能处理以速率为基础的化学反应 允许一个冷却流股 必须规定反应器长度及直径
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反应器---动力学反应器
• RPLUG
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反应器---动力学反应器
• RBATCH
只能处理以速率为基础的动力学反应 可允许任意数目的连续或延迟进料流股 过程的持续时间可以通过停止判据、周期时间 和结束时间（result time）来规定 流程中使用集液罐连接稳态流股
i
rate k * [Ci ]ni
n
示例:
2 A 3B
k1 k 2
C 2D
•正反应: (假设反应中A为2级，B为3级) • 系数: A: -2 B: -3 C: 1 D: 2 • 指数: A: 2 B: 3 C: 0 D: 0
逆反应: (假设反应中C为1级，D为2级) 系数: C: -1 D: -2 A: 2 指数: C: 1 D: 2 A: 0
Ethanol(乙醇)+ Acetic Acid(乙酸)<--> Ethyl Acetate(乙酸乙酯)+ Water(水)
动力学参数: 正反应: Pre-exp. Factor（指前因子） = 1.9 x 108, Act. Energy（活化能）= 5.95 x 107 J/kmol 逆反应: Pre-exp. Factor （指前因子） = 5.0 x 107, Act. Energy （活化能）= 5.95 x 107 J/kmol 反应中每个反应物的反应都是1级 (总共为2级)。 反应发生在液相中。
反应器及其他常用模块
• Aspen中的单元操作模型
• • • • • • • • • • 混合器/分流器（Mixers/Splitters） 分离器(Separators) 换热器(Heat Exchangers) 塔(Columns) 反应器(Reactors) 压力变换器(Pressure Changers) 操作器(Manipulators) 固体(Solids) 用户模型(Users) 概念设计(Conceptual Design)
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反应器---例题1
• 【例题1】对比不同类型反应器的使用
P-STOIC F-STOIC RSTOIC
乙醇转化率70 %
进料: Temp = 70 C FEED Press = 1 atm 水: 8.892 kmol/hr 乙醇: 186.59 kmol/hr 乙酸: 192.6 kmol/hr
H2RCY
VFLOW
H2IN
VAP FEED-MIX RXIN
T = 150C P = 23 bar
REACT HP-SEP RXOUT
T = 200 C Pdrop = 1 bar Benzene conv = 0.998 T = 50 C Pdrop = 0.5 bar
LTENDS
BZIN
T = 40 C P = 1 bar Benzene flow = 100 kmol/hr
Baidu Nhomakorabea
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反应器及其他常用模块
Reators (反应器)
以物料平衡为基础 Ryield (收率反应器) Rstioc (化学计量反应器)
以动力学为基础 以反应平衡为基础 RCSTR REquil (连续搅拌釜式反应器) (平衡反应器) RPlug RGibbs (活塞流反应器) (吉布斯反应器) RBatch (间歇反应器)
CHRCY LFLOW
提示: 核对每个反应器是否把汽相和液相都考虑成有效相态。
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反应器---例题1
• 【例题1】对比不同类型反应器的使用
计算结果 RStoic
产品乙酸乙酯流 量(kmol/hr) 产品流股中乙酸 乙酯质量分率 反应器热负荷 （kcal/hr） 130.613 0.566
RGibbs
126.376 0.552
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反应器---动力学反应器
• RCSTR
当反应动力学已知且反应器内物料性质与反应 器出口完全相同时采用该反应器； 允许任意数目的进料流股，所有进料流股在反 应器内完全混合； 最多允许三个产品流股：气相、液相1、液相2 或者气相、液相、自由水； 当给定反应温度时可计算反应器热负荷，或在 给定热负荷条件下计算反应温度； 可同时计算多个以速率为基础的化学反应。