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1、化工CAD基础 Simulation Design of Chemical Reactors 反应器单元 的仿真设计 (一一)Aspen反应器单元模块仿真反应器单元模块仿真设计教学设计教学反应器模块的类别1.生产能力类反应器生产能力类反应器（2种）种）2.热力学平衡类反应器热力学平衡类反应器（2种）种）3.化学动力学类反应器化学动力学类反应器（3种）种）分为三大类七种反应器：分为三大类七种反应器：Aspen反应器单元模块仿真反应器单元模块仿真设计教学设计教学反应器模块的类别（2 2）Aspen反应器单元模块仿真反应器单元模块仿真设计教学设计教学生产能力类反应器1、化学计量反应器化学计量反应器（
2、RStoic） Stoichiometric Reactor2、产率反应器产率反应器（RYield） Yield Reactor由用户指定生产能力，不考虑热力学可能性和动力学可行性。包含两种反应器。Aspen反应器单元模块仿真反应器单元模块仿真设计教学设计教学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量。用途：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。Aspen反应器单元模块仿真反应器单元模块仿真设计教学设计教学RStoic化学计量反应器（2 2）Aspen反应器单元模块仿真反应器单元
3、模块仿真设计教学设计教学RStoic 连接Aspen反应器单元模块仿真反应器单元模块仿真设计教学设计教学RYield产率反应器性质性质：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。Aspen反应器单元模块仿真反应器单元模块仿真设计教学设计教学RYield产率反应器（2 2）Aspen反应器单元模块仿真反应器单元模块仿真设计教学设计教学RYield 连接Aspen反应器单元模块仿真反应器单元模块仿真设计教学设计教学热力学平衡类反应器1、平衡反应器平衡反应器（REquil） Equilibrium R
4、eactor2、吉布斯反应器吉布斯反应器（RGibbs） Gibbs Reactor 根根据据热热力力学学平平衡衡条条件件计计算算体体系系发发生生化化学学反反应应的的结结果果，不不考考虑虑动动力力学学可可行性。行性。 该类别包含两种反应器。该类别包含两种反应器。Aspen反应器单元模块仿真反应器单元模块仿真设计教学设计教学REquil平衡反应器性质性质：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。用途用途：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。Aspen反应器单元模块仿真反应器单元模块仿真设计教学设计教学R
5、Equil平衡反应器（2）Aspen反应器单元模块仿真反应器单元模块仿真设计教学设计教学REquil 连接Aspen反应器单元模块仿真反应器单元模块仿真设计教学设计教学RGibbs吉布斯反应器性质性质：根据系统的Gibbs自由能趋于最小值的原则，计算同时达到化学平衡和相平衡时的系统组成和相分布。用途用途：已知化学反应式，不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衡结果。Aspen反应器单元模块仿真反应器单元模块仿真设计教学设计教学RGibbs吉布斯反应器 (2)(2)Aspen反应器单元模块仿真反应器单元模块仿真设计教学设计教学RGibbs 连接Aspen反应器单元模块仿真反应
6、器单元模块仿真设计教学设计教学化学动力学类反应器1、全混釜反应器全混釜反应器（RCSTR） Continuous Stirred Tank Reactor2、平推流反应器平推流反应器（RPlug）Plug Flow Reactor3、间歇釜反应器（间歇釜反应器（RBatch)Batch Stirred Tank Reactor根据化学动力学计算反应结果。包含三种反应器：Aspen反应器单元模块仿真设计教学反应器单元模块仿真设计教学RCSTR全混釜反应器性质：釜内达到理想混合。可模拟单、两、三相的体系，并可处理固体。可同时处理动力学控制和平衡控制两类反应。用途：已知化学反应式、动力学方程和平衡关
7、系，计算所需的反应器体积和反应时间，以及反应器热负荷。Aspen反应器单元模块仿真设计教学反应器单元模块仿真设计教学RCSTR 图标Aspen反应器单元模块仿真设计教学反应器单元模块仿真设计教学RCSTR 连接Aspen反应器单元模块仿真设计教学反应器单元模块仿真设计教学RPlug 平推流反应器性性质质：完全没有返混的管式反应器，可带有换热夹套。可模拟单、两、三相的体系。只能处理动力学控制反应。用用途途：已知化学反应式和动力学方程，计算所能达到的转化率，或所需的反应器体积，以及反应器热负荷。Aspen反应器单元模块仿真设计教学反应器单元模块仿真设计教学RPlug 平推流反应器 (2)(2)As
8、pen反应器单元模块仿真设计教学反应器单元模块仿真设计教学RPlug 连接 (1)Aspen反应器单元模块仿真设计教学反应器单元模块仿真设计教学RBatch 间歇釜反应器性质性质：间歇或半间歇操作的搅拌釜，釜内达到理想混合。自动根据加料和辅助时间提供缓冲罐，实现与连续过程的连接。用途用途：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积和反应时间，以及反应器热负荷。Aspen反应器单元模块仿真反应器单元模块仿真设计教学设计教学RBatch 间歇釜反应器 (2)(2)Aspen反应器单元模块仿真反应器单元模块仿真设计教学设计教学RBatch 连接Aspen反应器单元模块仿真反应器单元模
9、块仿真设计教学设计教学Temp = 70 CPres = 1 atmFeed:Water: 8.892 kmol/hrEthanol: 186.59 kmol/hrAcetic Acid: 192.6 kmol/hrLength = 2 mDiameter = 0.3 mVolume = 0.14 m370 % conversion of ethanol: REACTORS.BKPUse the NRTL-RK property methodRSTOICF-STOICP-STOICRGIBBSF-GIBBSP-GIBBSRPLUGF-PLUGP-PLUGDUPLFEEDF-CSTRRCSTRP
10、-CSTR Reactor Workshop -Objective: Compare the use of different reactor types to model one reactionAspen反应器单元模块仿真设计教学反应器单元模块仿真设计教学Reactor Workshop (Continued) wReactor Conditions:nTemperature = 70 C, Pressure = 1 atmwStoichiometry:Ethanol + Acetic Acid Ethyl Acetate + WaterwKinetic Parameters:nForwa
11、rd Reaction: k = 1.9 x 108, E = 5.95 x 107 J/kmolnReverse Reaction: k = 5.0 x 107, E = 5.95 x 107 J/kmolnReactions are first order with respect to each of the reactants in the reaction (second order overall).nReactions occur in the liquid phase.nComposition basis is Molarity.Hint: Check that each reactor is considering both Vapor and Liquid as Valid phases.Aspen反应器单元模块仿真设计教学反应器单元模块仿真设计教学
