ASPENPLUS反应器的模拟与优化.ppt

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1、第第5 5讲讲 ASPEN PLUSASPEN PLUS反应器的反应器的模拟与优化模拟与优化目录1.生成能力类反应器生成能力类反应器化学计量反应器化学计量反应器(RStoic)产率反应器产率反应器(RYield)2.平衡类反应器平衡类反应器平衡反应器平衡反应器(REquil)吉布斯反应器吉布斯反应器(RGibbs)3.动力学类反应器动力学类反应器全混流反应器全混流反应器(RCSTR)平推流反应器平推流反应器(RPlug)间歇式反应器间歇式反应器(Rbatch)23n化化学学反反应应器器是是整整个个化化工工工工艺艺流流程程的的核核心心，是实现化学物质转化的必要工序是实现化学物质转化的必要工序4n

2、为为保保证证目目的的产产品品组组分分的的产产率率和和选选择择性性，必必须须选选择择适适宜宜的的反反应应器器类类型型和和反反应应器器网网络。络。5PFRCSTRCSTRPFRPFRCSTRCSTRPFR本讲目的熟悉模拟软件中可获得的反应器模型类型熟悉模拟软件中可获得的反应器模型类型以及它们在过程模拟中的应用；以及它们在过程模拟中的应用；了解特定的反应过程的特点，选择相适应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。品组分足够的产率和选择性。6（一）生产能力类反应器（一）生产能力类反应器Rstoic Rsto

3、ic 化学计量反应器化学计量反应器性质：按照化学反应方程式中的计量关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，分别指定每一反反应两种方式，分别指定每一反应的转化率或产量。应的转化率或产量。用途：已知化学反应方程式和每一反应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。的转化率，不知化学动力学关系。7Rstoic Rstoic 化学计量反应器化学计量反应器 模型参数1 1 1 1、模型设定、模型设定、模型设定、模型设定(Specification)(Specification)(Specification)(Specificat

4、ion)2 2 2 2、化学反应、化学反应、化学反应、化学反应 (Reactions)(Reactions)(Reactions)(Reactions)3 3 3 3、燃烧、燃烧、燃烧、燃烧 （CombustionCombustionCombustionCombustion）4 4 4 4、反应热、反应热、反应热、反应热 (Heat of reaction)(Heat of reaction)(Heat of reaction)(Heat of reaction)5 5 5 5、选择性、选择性、选择性、选择性 （Selectivity)Selectivity)Selectivity)Selec

5、tivity)6 6 6 6、粒度分布、粒度分布、粒度分布、粒度分布 (PSD)(PSD)(PSD)(PSD)7 7 7 7、组分属性、组分属性、组分属性、组分属性 （Components Attri.)Components Attri.)Components Attri.)Components Attri.)8 8 8 8、热力学模型、热力学模型、热力学模型、热力学模型 (Thermodynamics)(Thermodynamics)(Thermodynamics)(Thermodynamics)8RStoic 选择性9选择性定义为：选择性定义为：选择性定义为：选择性定义为：P P代表选定组

6、分代表选定组分代表选定组分代表选定组分 (selected)(selected)P P的生成摩尔数；的生成摩尔数；的生成摩尔数；的生成摩尔数；A A代表参照组分代表参照组分代表参照组分代表参照组分 (reference)(reference)A A的消耗摩尔数；的消耗摩尔数；的消耗摩尔数；的消耗摩尔数；real real 代表反应器内的实际情况；代表反应器内的实际情况；代表反应器内的实际情况；代表反应器内的实际情况；ideal ideal 代表只有代表只有代表只有代表只有A AP P一个反应发生时的情况。一个反应发生时的情况。一个反应发生时的情况。一个反应发生时的情况。RStoic计算例计算例

7、5.1序号序号反应反应转化率转化率11-Butene Isobutylene0.3624(1-Butene)Propylene(丙二醇丙二醇)+2-Methyl-2-Butene+1-Octene(辛烯辛烯)0.043Cis-2-Butene Isobutylene0.3644(Cis-2-Butene)Propylene+2-Methyl-2-Butene+1-Octene0.045Trans-2-Butene Isobutylene0.3664(Trans-2-Butene)Propylene+2-Methyl-2-Butene+1-Octene0.04丁烯异构化反应模型的建立，混合丁烯包

8、含丁烯异构化反应模型的建立，混合丁烯包含1-1-丁烯、正丁烷、丁烯、正丁烷、顺顺-2-2-丁烯、反丁烯、反-2-2-丁烯和异丁烯，发生的反应如下所示：丁烯和异丁烯，发生的反应如下所示：10进料流股的温度为进料流股的温度为1616，压力为，压力为1.9 atm1.9 atm，进料组成如下表所示：，进料组成如下表所示：组分组分流量（流量（kg/hr）正丁烷正丁烷（n-Butane）350001-丁烯（丁烯（1-Butene）10000顺顺-2-丁烯丁烯（Cis-2-Butene）4500反反-2-丁烯丁烯（Trans-2-Butane）6800异丁烯（异丁烯（Isobutene）1450热力学模型

9、选择热力学模型选择RK-SoaveRK-Soave。反应器操作条件：温度为反应器操作条件：温度为400400，压力为，压力为1.9 atm1.9 atm。请采用请采用RStoicRStoic模型确定反应物料的组成、由模型确定反应物料的组成、由1-1-丁烯转化为异丁烯转化为异丁烯的反应选择性以及各个反应的反应热。丁烯的反应选择性以及各个反应的反应热。11（一）生产能力类反应器（一）生产能力类反应器RyieldRyield产率反应器产率反应器12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。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。产率指的是

10、某种生成物的实际产量与理论产量的比值！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.)13RYield 产率n n指定相对于每一单位质量非惰性进料而言，指定相对于每一单位质量非惰性进料而言，RYieldRYield出口物流出口物流中各种组分间的相对产率。中各种组分间的相对产率。并设定进料中的惰性组分。并设定进料中的惰性组分。14RYield 示例5.215甲烷与水蒸汽在镍催化剂下的转化反应为甲烷与水蒸汽在镍催化剂下的转化反应为甲烷与水

11、蒸汽在镍催化剂下的转化反应为甲烷与水蒸汽在镍催化剂下的转化反应为：原料气中甲烷与水蒸汽的摩尔比为原料气中甲烷与水蒸汽的摩尔比为原料气中甲烷与水蒸汽的摩尔比为原料气中甲烷与水蒸汽的摩尔比为1 1 4 4，流量为，流量为，流量为，流量为100 kmol/hr100 kmol/hr。反应在恒压及等温条件下进行，系统。反应在恒压及等温条件下进行，系统。反应在恒压及等温条件下进行，系统。反应在恒压及等温条件下进行，系统总压为总压为总压为总压为0.1013 MPa0.1013 MPa，温度为，温度为，温度为，温度为750 750，如果反应器出，如果反应器出，如果反应器出，如果反应器出口物流中摩尔比率口物流

12、中摩尔比率口物流中摩尔比率口物流中摩尔比率CHCH4 4 H H2 2O:COO:CO2 2:H:H2 2等于等于等于等于1:2:3 1:2:3:4:4时，时，时，时，COCO2 2和和和和H H2 2的产量是多少？需要移走的反应热的产量是多少？需要移走的反应热的产量是多少？需要移走的反应热的产量是多少？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？是否满足负荷是多少？此结果是否满足总质量平衡？是否满足负荷是多少？此结果是否满足总质量平衡？是否满足负荷是多少？此结果是否满足总质量平衡？是否满足元素平衡？元素平衡？元素平衡？元素平衡？深入讨论：n若在示例的原料气中加入 25 kmol/h

13、r 氮气，其余条件不变，计算结果会发生什么变化？n以示例的结果为基础，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？16（二）热力学平衡类反应器（二）热力学平衡类反应器1 1、平衡反应器（、平衡反应器（Equilibrium Equilibrium ReactorReactor）平衡常数法求解产物组成平衡常数法求解产物组成平衡常数法求解产物组成平衡常数法求解产物组成2 2、吉布斯反应器（、吉布斯反应器（Gibbs ReactorGibbs Reactor）最小自由焓法求解产物组成最小自由焓法求解产物组成最小自由焓法求解产物组成最小自由焓法求解产物组成根据热力学平衡条件

14、计算反应结果，根据热力学平衡条件计算反应结果，不考虑动力学可行性。不考虑动力学可行性。17REquilREquil 平衡反应器平衡反应器性质：根据化学反应方程式进行反应，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按照化学平衡关系式达到化学平衡，并同时达到相平衡。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，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计算同时达到化学平衡和相平衡的结果。的结果。18REquil REquil REquil REquil 模型参数模型参数模型参数模型参数1、模型设定模型设定

15、 (Specifications)2、化学反应化学反应 (Reactions)3、收敛收敛 (Convergence)4、液沫夹带液沫夹带 (Entrainment)REquil 模块有四组模型参数：模块有四组模型参数：19模型设定包含操作条件设定和有效相态设定模型设定包含操作条件设定和有效相态设定模型设定包含操作条件设定和有效相态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、操作条件(Operation Conditions)(1)压力；压力；(2)温度温度/蒸汽分率蒸汽分率/热负荷热负荷 2、有效相态、有效相态(Valid Phases)汽汽/液液/固固/汽汽-液液/汽汽-液液

16、-液液 /液液-游离水游离水/汽汽-液液-游离水游离水20(标准状态下）（其它温度下）化学平衡常数化学平衡常数21吉布斯自由能的变化范特霍夫方程 REquil 由Gibbs 自由能计算平衡常数。你能够通过下列之一限制平衡：（1）任何反应的摩尔程度（2）化学平衡接近温度对任何反应T=Treaction-T (吸热反应）T=TReaction+T (放热反应）接近温度如果你规定接近温度T，则REquil 估计在T+T时的化学平衡常数。这里的 T 是反应温度（规定的或计算的）。2223Equilibrium Reactor 示例示例（1 1）甲烷与水蒸汽在镍催化剂下的转化反应为甲烷与水蒸汽在镍催化剂

17、下的转化反应为：原料气中甲烷与水蒸汽的摩尔比为原料气中甲烷与水蒸汽的摩尔比为1 1 4 4，流量为流量为100 kmol/hr100 kmol/hr。若反应在恒压及等温条。若反应在恒压及等温条件下进行，系统总压为件下进行，系统总压为0.1013 MPa0.1013 MPa，温度为，温度为750 750，当反应器出口处达到平衡时，当反应器出口处达到平衡时，COCO2 2和和H H2 2的产量是多少？反应热负荷是多少？的产量是多少？反应热负荷是多少？REquil 例5.324深入讨论：n分析示例中反应温度在分析示例中反应温度在300-1000 300-1000 范围变范围变化时对反应器出口物流化时

18、对反应器出口物流CHCH4 4质量分率的影响。质量分率的影响。n将示例中的反应温度设为将示例中的反应温度设为1000 1000，分别分，分别分析反应析反应(1)(1)和反应和反应(2)(2)的平衡温差在的平衡温差在 200-200-0 0 范围变化时对反应器出口物流范围变化时对反应器出口物流CHCH4 4质量质量分率和分率和CO/COCO/CO2 2摩尔比的影响。摩尔比的影响。25 RGibbs吉布斯反应器性质：性质：根据系统的根据系统的GibbsGibbs自由能趋于最自由能趋于最小值的原则，计算同时达到化学小值的原则，计算同时达到化学平衡和相平衡时的系统组成和相平衡和相平衡时的系统组成和相分

19、布。分布。用途：已知（或未知）化学反应式，不已知（或未知）化学反应式，不知道反应历程和动力学可行性，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估算可能达到的化学平衡和相平衡结果。衡结果。26n对对单单相相系系统统，规规定定T T和和P P下下的的总总吉吉布布斯斯能能由由下下式式给出给出:式式中中N Ni i和和 分分别别是是平平衡衡混混合合物物中中组组分分i i的的摩摩尔尔数数和和偏偏摩摩尔尔吉吉布布斯斯能能。组组分分包包括括进进料料组组分分及及可可能能由由化化学学反反应应产产生生的的组组分分。在在受受原原子子衡衡算算约约束束的的条条件件下下，总总吉吉布布斯斯能能对对N Ni i

20、最最小小化化。这这种种方方法容易推广到多相系统。法容易推广到多相系统。2728 在恒温恒压且无非体积功的条件下，自发过程总是向着吉布斯函数减少的方向进行，直至系统的吉布斯函数不再改变(dG0)，或者减少到该条件下的最小值时，系统便处于平衡态。RGibbs RGibbs 模型设定模型设定29RGibbs RGibbs 产物产物有三种选择：有三种选择：有三种选择：有三种选择：1 1、系统中的所有组分都可以是产物；系统中的所有组分都可以是产物；系统中的所有组分都可以是产物；系统中的所有组分都可以是产物；RGibbs considers all components as productsRGibbs

21、 considers all components as productsRGibbs considers all components as products2 2、指定可能的产物组分；、指定可能的产物组分；、指定可能的产物组分；、指定可能的产物组分；Identify possible productsIdentify possible products3 3、定义产物存在的相态。、定义产物存在的相态。、定义产物存在的相态。、定义产物存在的相态。Define phases in which products appear Define phases in which products app

22、ear 30RGibbs RGibbs 产物产物 (2)(2)1 1、系统中的所有组分都可以是产物；系统中的所有组分都可以是产物；系统中的所有组分都可以是产物；系统中的所有组分都可以是产物；31RGibbs RGibbs 产物产物 (3)(3)2 2、指定可能的产物组分、指定可能的产物组分、指定可能的产物组分、指定可能的产物组分32RGibbs RGibbs 产物产物 (4)(4)3 3、定义产物存在的相态、定义产物存在的相态、定义产物存在的相态、定义产物存在的相态33RGibbs RGibbs 指定物流指定物流有两种选择：有两种选择：有两种选择：有两种选择：1 1、自动指定出口物流相态、自动

23、指定出口物流相态、自动指定出口物流相态、自动指定出口物流相态；RGibbs assigns phases to outlet streamsRGibbs assigns phases to outlet streams 2 2、使用关键组分和截尾摩尔分率指定出口、使用关键组分和截尾摩尔分率指定出口、使用关键组分和截尾摩尔分率指定出口、使用关键组分和截尾摩尔分率指定出口物流相态；物流相态；物流相态；物流相态；Use Use key key components components&cutoff cutoff mole mole fraction to fraction to assigns p

24、hases to outlet streams assigns phases to outlet streams assigns phases to outlet streams 34RGibbs RGibbs 指定物流指定物流（2 2）2 2、使用关键组分和截尾摩尔分率、使用关键组分和截尾摩尔分率、使用关键组分和截尾摩尔分率、使用关键组分和截尾摩尔分率35RGibbs RGibbs 惰性物惰性物指指指指定定定定不不不不参参参参加加加加化化化化学学学学反反反反应应应应平平平平衡衡衡衡的的的的惰惰惰惰性性性性组组组组分分分分(Inerts)(Inerts)及及及及其其其其不不不不参参参参加加加加

25、反反反反应应应应的的的的摩摩摩摩尔尔尔尔流量流量流量流量(Mole flow)(Mole flow)或分率或分率或分率或分率(Fraction)(Fraction)。36RGibbs RGibbs 惰性物惰性物 37RGibbs RGibbs 限制平衡限制平衡有两种选择：有两种选择：有两种选择：有两种选择：1 1、设定整个系统的平衡温差设定整个系统的平衡温差设定整个系统的平衡温差设定整个系统的平衡温差 Entire system with temperature approachEntire system with temperature approachEntire system with

26、temperature approach 2 2、指定各个化学反应平衡温差、指定各个化学反应平衡温差、指定各个化学反应平衡温差、指定各个化学反应平衡温差 Individual reactionIndividual reaction38RGibbs RGibbs 限制平衡限制平衡 (2)(2)1 1、设定整个系统的平衡温差；设定整个系统的平衡温差；设定整个系统的平衡温差；设定整个系统的平衡温差；39RGibbs RGibbs 限制平衡限制平衡 (3)(3)2 2、指定各个化学反应平衡温差、指定各个化学反应平衡温差、指定各个化学反应平衡温差、指定各个化学反应平衡温差40 RGibbsRGibbs

27、例5.4甲烷与水蒸汽在镍催化剂下的转化反应为：甲烷与水蒸汽在镍催化剂下的转化反应为：原料气中甲烷与水蒸汽的摩尔比为原料气中甲烷与水蒸汽的摩尔比为1 4，流量为流量为100 kmol/hr。若反应在恒压及等温条件。若反应在恒压及等温条件下进行，系统总压为下进行，系统总压为0.1013 MPa，温度为，温度为750 ，当反应器出口处达到平衡时，当反应器出口处达到平衡时，COCO2 2和和H H2 2的的产量是多少？反应热负荷是多少？与产量是多少？反应热负荷是多少？与ReRequil 的的结果进行比较。结果进行比较。41深入讨论：n若在示例中的原料气中加入若在示例中的原料气中加入25 25 kmol

28、/hr kmol/hr 的氮气，并考虑氮与氢结合生的氮气，并考虑氮与氢结合生成氨的副反应，求反应器出口物流中成氨的副反应，求反应器出口物流中CHCH4 4和和NHNH3 3的质量分率。如果氮为惰性的质量分率。如果氮为惰性组份，结果有什么变化？组份，结果有什么变化？42Gibbs反应器的评价优点：优点：1)可避免写出化学计量方程的必要性（只可避免写出化学计量方程的必要性（只需要规定可能的产物）需要规定可能的产物）2)容易构造多相和同时存在相平衡的计算容易构造多相和同时存在相平衡的计算问题问题缺点：缺点：可可能能产产生生不不正正确确的的结结果果，因因为为它它们们隐隐含含动力学上不可能的反应。动力学

29、上不可能的反应。43（三）化学动力学类反应器（三）化学动力学类反应器转化率和平衡反应器模型在过程设计的转化率和平衡反应器模型在过程设计的初期进行物料和能量衡算研究时是有用初期进行物料和能量衡算研究时是有用的。但是，最终反应器系统必须确定结的。但是，最终反应器系统必须确定结构和大小，在实验室研究获得化学动力构和大小，在实验室研究获得化学动力学的相关数据的基础上即可进行反应器学的相关数据的基础上即可进行反应器结构和大小的设计。结构和大小的设计。441 1、全混釜反应器、全混釜反应器 Continuous Stirred Tank ReactorContinuous Stirred Tank Rea

30、ctor2 2、平推流反应器、平推流反应器Plug Flow ReactorPlug Flow Reactor3 3、间歇釜反应器、间歇釜反应器Batch ReactorBatch Reactor根据化学动力学计算反应结果根据化学动力学计算反应结果45CSTR 全混釜反应器n最简单的动力学反应器模型是最简单的动力学反应器模型是CSTRCSTR（连（连续搅拌釜式反应器），在该模型中反应续搅拌釜式反应器），在该模型中反应器内物料假定为理想混合。于是，假定器内物料假定为理想混合。于是，假定整个反应器体积的组成和温度是均匀的，整个反应器体积的组成和温度是均匀的，并等于反应器出口物流的组成和温度。并等于

31、反应器出口物流的组成和温度。46CSTReactor全混釜反应器性质：性质：釜内达到理想混合。可模拟单相、釜内达到理想混合。可模拟单相、两相的体系。可同时处理动力学两相的体系。可同时处理动力学控制和平衡控制两类反应。控制和平衡控制两类反应。用途：用途：已知化学反应式、动力学方程和已知化学反应式、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，以及反应器热负积和反应时间，以及反应器热负荷。荷。CSTR 全混釜反应器47RCSTR模块有两组模型参数：模块有两组模型参数：1、操作条件操作条件(Operation Conditions)1)压力压力(Pressure)

32、2)温度温度/热负荷热负荷(Temperature/Heat Duty)2、持料状态持料状态(Holdup)1)有效相态有效相态(Valid Phases)2)设定方式设定方式 (Specification Type)48CSTR设计方程物料衡算方程物料衡算方程能量衡算方程能量衡算方程49反应速率常数采用修正的反应速率常数采用修正的反应速率常数采用修正的反应速率常数采用修正的ArrheniusArrhenius方程表示方程表示方程表示方程表示：50Design Specification 设计规定从从从从以以以以上上上上示示示示例例例例我我我我们们们们了了了了解解解解到到到到：ASPEN AS

33、PEN PlusPlus是是是是根根根根据据据据我我我我们们们们输输输输入入入入的的的的过过过过程程程程参参参参数数数数(如如如如进进进进料料料料流流流流股股股股和和和和模模模模型型型型参参参参数数数数)计计计计算算算算结结结结果果果果数数数数据据据据(如如如如非非非非进进进进料料料料流流流流股股股股和和和和设设设设备备备备状状状状态态态态数数数数据据据据)。进进进进行行行行过过过过程程程程设设设设计计计计时时时时，常常常常常常常常希希希希望望望望确确确确定定定定某某某某个个个个过过过过程程程程参参参参数数数数的的的的特特特特定定定定值值值值从从从从而而而而使使使使某某某某个个个个结结结结果果

34、果果数数数数据据据据达达达达到到到到给给给给定定定定值值值值。对对对对于于于于这这这这类类类类应应应应用用用用需需需需求求求求，ASPEN ASPEN PlusPlus提提提提供供供供了了了了设设设设计计计计规规规规定定定定(Design Design SpecSpec)工具。工具。工具。工具。设计规定从数据浏览器的左侧目录栏中进入。设计规定从数据浏览器的左侧目录栏中进入。设计规定从数据浏览器的左侧目录栏中进入。设计规定从数据浏览器的左侧目录栏中进入。51Design Specification 设计规定（2）设计规定是流程选项设计规定是流程选项设计规定是流程选项设计规定是流程选项(Flows

35、heeting OptionsFlowsheeting Options)下属的对象下属的对象下属的对象下属的对象52Design Specification 设计规定（3）创建设计规定对象时，按以下步骤操作：创建设计规定对象时，按以下步骤操作：创建设计规定对象时，按以下步骤操作：创建设计规定对象时，按以下步骤操作：1 1、从从从从数数数数据据据据浏浏浏浏览览览览器器器器右右右右侧侧侧侧的的的的对对对对象象象象管管管管理理理理器器器器(Object Object ManagerManager)中中中中点点点点击新建击新建击新建击新建(NewNew)按钮；按钮；按钮；按钮；2 2、在弹出对话框中为

36、新对象指定一个辨识号、在弹出对话框中为新对象指定一个辨识号、在弹出对话框中为新对象指定一个辨识号、在弹出对话框中为新对象指定一个辨识号(IDID)；3 3、在在在在定定定定义义义义(DefineDefine)表表表表单单单单中中中中点点点点击击击击新新新新建建建建(NewNew)按按按按钮钮钮钮，创创创创建建建建设设设设计计计计规规规规定对象所需的变量；定对象所需的变量；定对象所需的变量；定对象所需的变量；4 4、在弹出对话框中输入新变量的变量名、在弹出对话框中输入新变量的变量名、在弹出对话框中输入新变量的变量名、在弹出对话框中输入新变量的变量名(Variable nameVariable n

37、ame)；5 5、在在在在变变变变量量量量定定定定义义义义(Variable Variable DefinitionDefinition)对对对对话话话话框框框框中中中中的的的的下下下下拉拉拉拉式式式式选选选选择择择择框框框框中中中中选选选选择择择择变变变变量量量量的的的的类类类类别别别别(CategoryCategory)、类类类类型型型型(TypeType)、流流流流股股股股(StreamStream)或模块或模块或模块或模块(BlockBlock)代号，并指定具体变量代号，并指定具体变量代号，并指定具体变量代号，并指定具体变量(VariableVariable)。53Design Spe

38、cification 设计规定（4）步骤步骤步骤步骤1 1和步骤和步骤和步骤和步骤2 2：54Design Specification 设计规定（5）步骤步骤步骤步骤3 3和步骤和步骤和步骤和步骤4 4：55Design Specification 设计规定（6）步骤步骤步骤步骤5 5：56Design Specification 设计规定（7）步步步步骤骤骤骤6 6：在在在在规规规规定定定定(SpecSpec)表表表表单单单单中中中中输输输输入入入入规规规规定定定定表表表表达达达达式式式式(SpecSpec)、目目目目标值标值标值标值(TargetTarget)和计算容差和计算容差和计算容差

39、和计算容差(ToleranceTolerance)。57Design Specification 设计规定（8）步步步步骤骤骤骤7 7：在在在在变变变变化化化化(VaryVary)表表表表单单单单中中中中输输输输入入入入调调调调节节节节变变变变量量量量(Manupulated Manupulated variablevariable)的的的的类类类类型型型型、名名名名称称称称和和和和具具具具体体体体变变变变量量量量(variablevariable),),并并并并指定体调节上、下限指定体调节上、下限指定体调节上、下限指定体调节上、下限(Upper/Lower limitsUpper/Lower

40、 limits)。58Design Specification 设计规定（9）规规规规定定定定变变变变量量量量的的的的实实实实现现现现情情情情况况况况可可可可以以以以从从从从Design Design SpecSpec对对对对象象象象的的的的ResultsResults表单中查看表单中查看表单中查看表单中查看59Design Specification 设计规定（10）调调调调 节节节节 变变变变 量量量量 的的的的 迭迭迭迭 代代代代 过过过过 程程程程 则则则则 从从从从 相相相相 应应应应 的的的的 收收收收 敛敛敛敛 对对对对 象象象象(ConvergenceConvergence)的

41、的的的Spec HistroySpec Histroy表单中查看表单中查看表单中查看表单中查看60CSTR 例5.5甲醛和氨按照以下化学反应生成乌洛托品：甲醛和氨按照以下化学反应生成乌洛托品：反应速率方程式如右：反应速率方程式如右：式中：式中：61RCSTR 例5.5(续)反反反反应应应应器器器器容容容容积积积积为为为为 5 5 5 5 mmmm3 3 3 3，装装装装填填填填系系系系数数数数为为为为 0.60.60.60.6，输输输输入入入入氮氮氮氮气气气气作作作作为为为为保保保保护护护护气气气气体体体体。为为为为了了了了保保保保证证证证釜釜釜釜内内内内的的的的惰惰惰惰性性性性环环环环境境境

42、境，输输输输入入入入氮氮氮氮气气气气量量量量应应应应该该该该使使使使出出出出釜釜釜釜物物物物料料料料的的的的气气气气相相相相分分分分率率率率保保保保持持持持在在在在 0.001 0.001 0.001 0.001 左左左左右右右右。加加加加料料料料氨氨氨氨水水水水的的的的浓浓浓浓度度度度为为为为 4.1 4.1 4.1 4.1 kmol/mkmol/mkmol/mkmol/m3 3 3 3，流流流流量量量量为为为为 32.5 32.5 32.5 32.5 mmmm3 3 3 3/hr/hr/hr/hr。加加加加料料料料甲甲甲甲醛醛醛醛水水水水溶溶溶溶液液液液的的的的浓浓浓浓度度度度为为为为 6

43、.3 6.3 6.3 6.3 kmol/mkmol/mkmol/mkmol/m3 3 3 3，流流流流量量量量为为为为32.5 32.5 32.5 32.5 mmmm3 3 3 3/hr/hr/hr/hr。求求求求 35 35 35 35 C C C C 下下下下乌乌乌乌洛洛洛洛托托托托品品品品的的的的产产产产量量量量和和和和输输输输入入入入氮氮氮氮气气气气流流流流量量量量 ，并并并并分分分分析析析析反反反反应应应应温度在温度在温度在温度在 2060 2060 2060 2060 C C C C 范围里对甲醛转化率的影响。范围里对甲醛转化率的影响。范围里对甲醛转化率的影响。范围里对甲醛转化率的

44、影响。62RPlug 平推流反应器在在PFRPFR反应器中如活塞流动的流体的组成反应器中如活塞流动的流体的组成沿反应器长度逐渐变化，但不存在径向沿反应器长度逐渐变化，但不存在径向组成或浓度梯度。而且，径向的质量和组成或浓度梯度。而且，径向的质量和热量传递可忽略热量传递可忽略PFRPFR内的流体完全不混合，所有流体微元内的流体完全不混合，所有流体微元在反应器中具有相同的停留时间在反应器中具有相同的停留时间 63RPlug 平推流反应器性质：性质：反应器内完全没有返混。可模拟反应器内完全没有返混。可模拟换热夹套。换热夹套。用途：用途：已知化学反应式和动力学方程，已知化学反应式和动力学方程，计算所能

45、达到的转化率，或所需计算所能达到的转化率，或所需的反应器体积，以及反应器热负的反应器体积，以及反应器热负荷。荷。64RPlug 模块有四组模型参数：模块有四组模型参数：1、模型设定模型设定 (Specifications)2、反应器构型反应器构型(Configuration)3、化学反应化学反应 (Reactions)4、压力压力 (Pressure)65RPlug 模型设定1、指定温度的反应器、指定温度的反应器(Reactor with specified temperature)，有三种方式设定操作温度：，有三种方式设定操作温度：1)进料温度下的恒温进料温度下的恒温(Constant at

46、 inlet temperature)2)指定反应器温度指定反应器温度(Constant at specified reactor temperature)3)温度剖形温度剖形(Temperature Profile)，指定沿反应，指定沿反应器长度的温度分布器长度的温度分布设定反应器类型，共有五种类型：设定反应器类型，共有五种类型：设定反应器类型，共有五种类型：设定反应器类型，共有五种类型：662、绝热反应器、绝热反应器 只需在反应器类型下拉框中选择只需在反应器类型下拉框中选择Adiabatic Reactor即可。即可。67683、恒定冷却剂温度的反应器、恒定冷却剂温度的反应器 在反应器类型

47、下拉框中选择在反应器类型下拉框中选择(Reactor with constant coolant temperature)；在操作条件栏；在操作条件栏中设定传热系数中设定传热系数(U coolant-process stream)和冷和冷却剂温度却剂温度(Coolant temperature)。4 4、与冷却剂并流换热的反应器、与冷却剂并流换热的反应器、与冷却剂并流换热的反应器、与冷却剂并流换热的反应器 (Reactor with co-current coolant)5 5、与冷却剂逆流换热的反应器、与冷却剂逆流换热的反应器、与冷却剂逆流换热的反应器、与冷却剂逆流换热的反应器 (React

48、or with counter-current coolant)采用这两种类型需在流程图中连接冷却剂物采用这两种类型需在流程图中连接冷却剂物采用这两种类型需在流程图中连接冷却剂物采用这两种类型需在流程图中连接冷却剂物流，并在反应器类型下拉框中选择相应的类型，流，并在反应器类型下拉框中选择相应的类型，流，并在反应器类型下拉框中选择相应的类型，流，并在反应器类型下拉框中选择相应的类型，在操作条件栏中输入传热系数在操作条件栏中输入传热系数在操作条件栏中输入传热系数在操作条件栏中输入传热系数 U U 和冷却剂出口温和冷却剂出口温和冷却剂出口温和冷却剂出口温度度度度(Coolant outlet tem

49、perature)(Coolant outlet temperature)或气化率或气化率或气化率或气化率(Coolant outlet vapor fraction)(Coolant outlet vapor fraction)。69反应器构型表单中需要输入的项目有：反应器构型表单中需要输入的项目有：pp单管或多管反应器单管或多管反应器单管或多管反应器单管或多管反应器(Multitube reactor)(Multitube reactor)pp反应管的根数反应管的根数反应管的根数反应管的根数(Number of tubes)(Number of tubes)pp反应管的长度反应管的长度反应

50、管的长度反应管的长度(Length)(Length)和直径和直径和直径和直径(Diameter)(Diameter)pp反应物料反应物料反应物料反应物料(Process stream)(Process stream)有效相态有效相态有效相态有效相态pp冷却剂冷却剂冷却剂冷却剂(Coolant stream)(Coolant stream)有效相态有效相态有效相态有效相态70压强表单中需要输入的项目有：压强表单中需要输入的项目有：压强表单中需要输入的项目有：压强表单中需要输入的项目有：1 1、反应器进口压强、反应器进口压强、反应器进口压强、反应器进口压强(Pressure at reactor