Aspen第四讲-2

第四讲反应器模拟设计反应器设计可分为三大类七种反应器：1、生产能力类反应器（2种，包括RStoic,RYield）2、热力学平衡类反应器（2种，包括REquil,RGibbs）3、化学动力学类反应器（3种，包括RCSTR,RPlug,RBatch）先看生产能力类反应器：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率适用于：已知化学反应方程式和每一反应的转化率或产量，不知化学动力学关系。连接图如下所示：（Block）1、模型设定（Specifications）1)操作条件（OperationConditions）A．压力；B温度/热负荷2）有效相态（ValidPhased）2、化学反应（Reactions）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。3、反应热（HeatofReaction）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4、选择性（Selectivity）5、粒度分布（PSD）6、组分属性（ComponentAttr.）以上所说3-6部分不输入具体信息亦可以进行计算。举例：解：第一步：建立模型第二步：输入参数物流信息（Stream）模块信息（Block）注意：产物分子结构也需要写上！！以下为block的设置如何输入方程式？遵循以下步骤：会弹出如下对话框：反应物，即反应方程式的左边部分生成物，即反应方程式的右边部分第三步：计算并输出结果组分转化率如果有二个反应同时发生，则需要将两个反应同时输入，再次点击“New…”按钮即可：如果两个反应是连串反应，在需要在Reactionsoccurinseries前面的方框里勾选一下。如果只有一个反应发生，则不需要勾选方框。RStoic反应器的计算结果热负荷1、平衡反应器（REquil）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，并同时达到相平衡适用于：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。REquil模块有四组模型参数1、模型测定（Specifications）1)操作条件（OperationConditions）A压力；B温度/热负荷2）有效相态（ValidPhased）2、化学反应（Reaction）气相产物液相产物定义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（TemperatureApproach）。（1）比速率=某物质的化学反应速率/某物质的化学计量系数（2）3、收敛(Convergence)4、液沫夹带(Entrainment)其中，3，4两项不输入具体参数也可以进行计算例题：解：其他步骤同上，在block中做如下设置：如何输入以上方程式?步骤如下：（可参考RStoic中的步骤）点击NEW…，即弹出如下对话框，输入如下图所示信息。重复上述步骤，输入第二个方程式。当两个方程式均计算完成后，即可进行计算。第三步：计算结果，如下所示：比速率=某物质的化学反应速率/某物质的化学计量系数HeatandMaterialBalanceTableStreamIDFEEDL-PROV-PROTemperatureC750.0750.0Pressurebar1.0131.0131.013VaporFrac1.0001.000MoleFlowkmol/hr100.0000.000139.855MassFlowkg/hr1762.0780.0001762.085VolumeFlowcum/hr8397.6370.00011744.520EnthalpyMMkcal/hr-4.270-3.278MassFlowkg/hrCH4320.8551.167H2O1441.222907.286CO2427.367H2140.089CO286.176MassFracCH40.182662PPMH2O0.8180.515CO20.243H20.080CO0.162MoleFlowkmol/hrCH420.0000.073H2O80.00050.362CO29.711H269.493CO10.217MoleFracCH40.200520PPMH2O0.8000.360CO20.069H20.497CO0.073例题2：如果上题的其他条件不变，仅改变反应温度300-1000℃，问达到平衡时温度对反应器出口物流中的影响趋势图怎样画出？解：当第一题解答完毕后，再进行如下步骤：选择根目录中ModelAnalysisTools→Sensitivity如下图所示：敏感性分析CH4质量分率点击New…，点击OK，出现如下界面：输入目标变量设XCH4是出口甲烷CH4的质量分率，输入后，点击Edit，弹出如下对话框，并按照对话框进行设置：然后点击NEXT，再分别按照下面两图设置Vary和Tabulate两标签项。出口物流的名称Vary中需设定要改变哪个变量！如上设置做完后，点击，进行300-1000℃反应温度的模拟运算。计算完毕后，选择根目录中ModelAnalysisTools→Sensitivity→S-1→Result,如下图所示：需要改变的是REQUIL模块变量中的温度！列表信息然后再进行作图。SensitivityS-1ResultsSummaryVARY1REQUILPARAMTEMPC30032535037540042545047550052555057560062565067570072575077580082585087590092595097510000.010.020.030.040.050.060.070.080.090.10.110.120.130.140.150.160.17XCH4CH4在出口的质量分率与反应温度之间的关系图合适的温度应选择在出口温度不影响CH4的出口质量分率，并且在该温度下CH4的质量分率最低（即转化率最高）时的温度。作业：1、苯和乙烯反应合成异丙苯，反应器入口温度为84℃，压力为36psi(1psi=6894Pa)，假定反应过程压降为零。物性计算方法为RK-SOAVE。绝热过程（即外加热负荷为0），计算反应出口温度以及组成？如果在非绝热过程下进行，将反应温度设定为100℃时，反应出口温度和物料组成将如何变化？热负荷又需要多少？（①按照要求模板格式进行回答；②再交二份设计报告（.rep）；③二份源文件（.bkp）①②③均以学号命名，并存放于自己创建的文件夹中，该文件夹也以自己的学号命名，上传即可。）