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1、第第8章章 反应器单元模拟反应器单元模拟作者：王俊作者：王俊 孙兰义孙兰义2021/3/291目录目录n8.1 反应器基础知识反应器基础知识n8.2 反应器单元模拟概述反应器单元模拟概述n8.3 化学计量反应器化学计量反应器RStoicn8.4 产率反应器产率反应器RYieldn8.5 平衡反应器平衡反应器REquiln8.6 吉布斯反应器吉布斯反应器Rgibbsn8.7 化学反应对象化学反应对象n8.8 全混釜反应器全混釜反应器RCSTRn8.9 平推流反应器平推流反应器Rplugn8.10 间歇式反应器间歇式反应器RBatch2021/3/2928.1 反应器基础知识反应器基础知识基本概念
2、基本概念n化学计量方程化学计量方程它是表示各反应物、生成物在反应过程的变化关系的方程。它是表示各反应物、生成物在反应过程的变化关系的方程。N2+3H2=2NH3 有有S个组分参与反应，计量方程：个组分参与反应，计量方程：一般形式为：一般形式为： 2NH3-N2-3H2=02021/3/2938.1 反应器基础知识反应器基础知识基本概念基本概念注意：注意：1）计量方程本身与反应的实际历程无关。）计量方程本身与反应的实际历程无关。2）乘以一非零的系数）乘以一非零的系数 i后，可得新的计量方程。后，可得新的计量方程。3）与与化化学学反反应应方方程程不不同同，化化学学反反应应方方程程表表示示的的是是方
3、方向向，而而计量方程表示的是量。计量方程表示的是量。4）单一反应；复合反应。）单一反应；复合反应。2021/3/2948.1 反应器基础知识反应器基础知识基本概念基本概念n化学反应速率化学反应速率1.间歇系统间歇系统化学反应速率是以单位时间，单位反应区内关键化学反应速率是以单位时间，单位反应区内关键组分组分K的物质的物质量摩尔数变化来定义量摩尔数变化来定义K组分组分的反应速率。的反应速率。单位反应区可以是单位反应体积或单位反应系统的重量。单位反应区可以是单位反应体积或单位反应系统的重量。2021/3/2958.1 反应器基础知识反应器基础知识基本概念基本概念2021/3/2968.1 反应器基
4、础知识反应器基础知识基本概念基本概念反应物速率前应冠以负号。反应物速率前应冠以负号。避免出现避免出现 0，使反应速率出现负值。，使反应速率出现负值。各反应速率间的关系：各反应速率间的关系：2021/3/2978.1 反应器基础知识反应器基础知识基本概念基本概念当当V恒定时，恒定时，2021/3/2988.1 反应器基础知识反应器基础知识基本概念基本概念2.连续系统连续系统可可表表示示为为单单位位反反应应体体积积中中（或或单单位位反反应应表表面面积积上上、或或单单位位质质量量固固体体或或催催化化剂剂上上）某某一一反反应应物物或或产产物物的的摩摩尔尔流流量量的的变变化。化。在在气气-固固相相催催化
5、化反反应应中中，由由于于实实验验反反应应器器与与工工业业反反应应器器中中催催化化剂剂的的填填充充方方式式不不同同，一一般般按按单单位位质质量量催催化化剂剂来来计计算算反反应应速率便于换算到工业反应器中的反应速率。速率便于换算到工业反应器中的反应速率。2021/3/2998.1 反应器基础知识反应器基础知识基本概念基本概念n其它定义其它定义液液空空速速：反反应应混混合合物物以以液液体体进进入入反反应应器器，常常以以25下下液液体体的的体积流量表示空速。体积流量表示空速。湿空速湿空速：如果气体混合物有水蒸气。：如果气体混合物有水蒸气。干空速干空速：不计水蒸气时的空速。：不计水蒸气时的空速。空间速度
6、空间速度：是单位反应体积所能处理的反应混合物的体积流量。：是单位反应体积所能处理的反应混合物的体积流量。2021/3/29108.1 反应器基础知识反应器基础知识基本概念基本概念n反应进度反应进度描述反应进行的程度，针对描述反应进行的程度，针对整个反应过程整个反应过程而言。而言。是各组分在反应前后的摩尔数变化与计量系数的比值，用是各组分在反应前后的摩尔数变化与计量系数的比值，用表表示。示。计量系数计量系数r r，对于反应物为对于反应物为“- -”，对于产物为对于产物为“+ +”，则则0 0 。2021/3/29118.1 反应器基础知识反应器基础知识基本概念基本概念n转化率转化率定义：关键组分
7、定义：关键组分A反应掉的物质的量与其开始时物质的量之比。反应掉的物质的量与其开始时物质的量之比。注意：注意：如如果果反反应应物物不不只只是是一一种种，针针对对不不同同反反应应物物计计算算出出来来为为x x 不不一一定定相同。相同。2021/3/29128.1 反应器基础知识反应器基础知识基本概念基本概念n收率与选择性收率与选择性收率收率：为了表达已反应的关键组分中转化为目的产物的分率，定为了表达已反应的关键组分中转化为目的产物的分率，定义义选择性选择性如下：如下：转化率、收率、选择性之间的关系为：转化率、收率、选择性之间的关系为：Y=x s2021/3/29138.1 反应器基础知识反应器基础
8、知识分类分类n化学反应和反应器的分类化学反应和反应器的分类化化学学反反应应和和反反应应器器的的分分类类方方法法很很多多，常常按按下下列列四四种种方方法进行分类。法进行分类。1、按反应系统涉及的相态分类、按反应系统涉及的相态分类l 包括气相均相反应和液相均相反应。包括气相均相反应和液相均相反应。l 包括气包括气-固相固相，气气-液液相，相，气气-液液-固相反应固相反应等等。均相反应均相反应非均相反应非均相反应2021/3/29148.1 反应器基础知识反应器基础知识分类分类2、按操作方式分类、按操作方式分类l 指一批物料投入反应器后，经过一定时间的反指一批物料投入反应器后，经过一定时间的反应再取
9、出的操作方法。应再取出的操作方法。l 指反应物料连续地通过反应器的操作方式。指反应物料连续地通过反应器的操作方式。l 指反应器中的物料，有一些是分批地加入或指反应器中的物料，有一些是分批地加入或取出，而另一些则是连续流动通过反应器。取出，而另一些则是连续流动通过反应器。间歇操作间歇操作连续操作连续操作半连续操作半连续操作2021/3/29158.1 反应器基础知识反应器基础知识分类分类3、按反应器型式来分类、按反应器型式来分类l 一般长径比大于一般长径比大于30；l 一般高径比为一般高径比为1-3；l 一般高径比在一般高径比在3-30之间。之间。管式反应器管式反应器槽式反应器槽式反应器塔式反应
10、器塔式反应器2021/3/29168.1 反应器基础知识反应器基础知识分类分类4、按传热条件分类、按传热条件分类l 整个反应器维持恒温，这对传热要求很高。整个反应器维持恒温，这对传热要求很高。l 反应器与外界没有热量交换，全部反应热效反应器与外界没有热量交换，全部反应热效应使物料升温或降温。应使物料升温或降温。l 与外界有热量交换，但不等温。与外界有热量交换，但不等温。等温反应器等温反应器绝热反应器绝热反应器非等温、非绝热反应器非等温、非绝热反应器2021/3/29178.1 反应器基础知识反应器基础知识分类分类n理想反应器理想反应器在在工工业业上上化化学学反反应应必必然然要要在在某某种种设设
11、备备内内进进行行，这这种种设设备备就就是是反反应应器器。根根据据各各种种化化学学反反应应的的不不同同特特性性，反反应应器器的的形形式式和和操操作方式有很大差异。作方式有很大差异。从从本本质质上上讲讲，反反应应器器的的形形式式并并不不会会影影响响化化学学反反应应动动力力学学特特性性。但是物料在不同类型的反应器中流动情况是不同的。但是物料在不同类型的反应器中流动情况是不同的。2021/3/29188.1 反应器基础知识反应器基础知识分类分类n简单混合与返混简单混合与返混l若相互混合的物料是在相同的时间进入反应器的，具有相若相互混合的物料是在相同的时间进入反应器的，具有相同的反应程度，混合后的物料必
12、然与混合前的物料完全相同的反应程度，混合后的物料必然与混合前的物料完全相同。这种发生在停留时间相同的物料之间的均匀化过程，同。这种发生在停留时间相同的物料之间的均匀化过程，称之为称之为简单混合简单混合。l如果发生混合前的物料在反应器内停留时间不同，反应程如果发生混合前的物料在反应器内停留时间不同，反应程度就不同，组成也不会相同。混合之后的物料组成与混合度就不同，组成也不会相同。混合之后的物料组成与混合前必然不同，反应速率也会随之发生变化，这种发生在停前必然不同，反应速率也会随之发生变化，这种发生在停留时间不同的物料之间的均匀化过程，称之为留时间不同的物料之间的均匀化过程，称之为返混返混。202
13、1/3/29198.1 反应器基础知识反应器基础知识分类分类按物料在反应器内按物料在反应器内返混情况返混情况作为反应器分类的依据将作为反应器分类的依据将能更好的反映出其本质上的差异。按返混情况不同反能更好的反映出其本质上的差异。按返混情况不同反应器被分为以下类型：应器被分为以下类型：间歇式反应器间歇式反应器平推流反应器平推流反应器全混流反应器全混流反应器连续流动反应器连续流动反应器完全没有返混完全没有返混返混极大返混极大2021/3/29208.1 反应器基础知识反应器基础知识分类分类1、间歇式反应器、间歇式反应器间歇操作的充分搅拌槽式反应器（简称间歇式反应间歇操作的充分搅拌槽式反应器（简称间
14、歇式反应器）。在反应器中物料被充分混合，但由于所有物器）。在反应器中物料被充分混合，但由于所有物料均为同一时间进入的，物料之间的混合过程属于料均为同一时间进入的，物料之间的混合过程属于简单混合，不存在返混简单混合，不存在返混。2021/3/29218.1 反应器基础知识反应器基础知识分类分类反应物料反应物料一次投入一次投入反应器内，反应器内，在反应过程中不再向反应器内在反应过程中不再向反应器内投料，也不向外排出，投料，也不向外排出，待反应待反应达到要求的转化率后，再全部达到要求的转化率后，再全部放出反应物料放出反应物料。反应器内的物。反应器内的物料在搅拌的作用下其参数（温料在搅拌的作用下其参数
15、（温度及浓度）度及浓度）各处均一各处均一。2021/3/29228.1 反应器基础知识反应器基础知识分类分类2021/3/29238.1 反应器基础知识反应器基础知识分类分类间歇式反应器特点：间歇式反应器特点：由于剧烈搅拌、混合，反应器内有效空间中各位置的物由于剧烈搅拌、混合，反应器内有效空间中各位置的物料温度、浓度都相同；料温度、浓度都相同；由于一次加料，一次出料，反应过程中没有加料、出料，由于一次加料，一次出料，反应过程中没有加料、出料，所有物料在反应器中停留时间相同，不存在不同停留时间所有物料在反应器中停留时间相同，不存在不同停留时间物料的混合，即无返混现象；物料的混合，即无返混现象；出
16、料组成与反应器内物料的最终组成相同；出料组成与反应器内物料的最终组成相同；为间歇操作，有辅助生产时间。一个生产周期应包括反为间歇操作，有辅助生产时间。一个生产周期应包括反应时间、加料时间、出料时间、清洗时间、加热（或冷却）应时间、加料时间、出料时间、清洗时间、加热（或冷却）时间等。时间等。2021/3/29248.1 反应器基础知识反应器基础知识分类分类2、平推流反应器、平推流反应器平推流反应器（或活塞流反应器）在连续流动的反平推流反应器（或活塞流反应器）在连续流动的反应器内物料应器内物料允许作径向混合（属于简单混合）但不允许作径向混合（属于简单混合）但不存在轴向混合（即无返混）存在轴向混合（
17、即无返混）。典型例子是物料在管。典型例子是物料在管内流速较快的管式反应器。内流速较快的管式反应器。2021/3/29258.1 反应器基础知识反应器基础知识分类分类平推流反应器是指通过反应器的物料沿同一方向以相平推流反应器是指通过反应器的物料沿同一方向以相同速度向前流动，像活塞一样在反应器中向前平推，同速度向前流动，像活塞一样在反应器中向前平推，故又称为活塞流。故又称为活塞流。2021/3/29268.1 反应器基础知识反应器基础知识分类分类2021/3/29278.1 反应器基础知识反应器基础知识分类分类平推流反应器特点：平推流反应器特点：由于流体沿同一方向，以相同速度向前推进，在反应器由于
18、流体沿同一方向，以相同速度向前推进，在反应器内没有物料的返混，所有物料在反应器中的停留时间都是内没有物料的返混，所有物料在反应器中的停留时间都是相同的；相同的；在垂直于流动方向上的同一截面，不同径向位置的流体在垂直于流动方向上的同一截面，不同径向位置的流体特性（组成、温度等）是一致的；特性（组成、温度等）是一致的；在定常态下操作，反应器内状态只随轴向位置改变，不在定常态下操作，反应器内状态只随轴向位置改变，不随时间改变。实际生产中对于管径较小、长度较长、流速随时间改变。实际生产中对于管径较小、长度较长、流速较大的管式反应器，列管固定床反应器等，常可按平推流较大的管式反应器，列管固定床反应器等，
19、常可按平推流反应器处理。反应器处理。2021/3/29288.1 反应器基础知识反应器基础知识分类分类3、全混流反应器、全混流反应器连续操作的充分搅拌槽型反应器（简称全混流连续操作的充分搅拌槽型反应器（简称全混流反应器）。在这类反应器中物料反应器）。在这类反应器中物料返混达最大返混达最大值值。2021/3/29298.1 反应器基础知识反应器基础知识分类分类全全混混流流反反应应器器又又称称全全混混釜釜或或连连续续流流动动充充分分搅搅拌拌槽槽式式反反应应器器，简简称称CSTR。流流入入反反应应器器的的物物料料，在在瞬瞬间间与与反反应应器器内内的的物物料料混混合合均均匀匀，即即在在反反应应器器中中
20、各各处处物物料料的的温温度度、浓度都是相同的。浓度都是相同的。2021/3/29308.1 反应器基础知识反应器基础知识分类分类2021/3/29318.1 反应器基础知识反应器基础知识分类分类全混流反应器特点：全混流反应器特点：物料在反应器内充分返混；物料在反应器内充分返混；反应器内各处物料参数均一；反应器内各处物料参数均一；反应器的出口组成与器内物料组成相同；反应器的出口组成与器内物料组成相同；连续、稳定流动，是一定态过程。连续、稳定流动，是一定态过程。2021/3/29328.2 反应器单元模拟概述反应器单元模拟概述nAspen Plus根据不同的反应器形式，提供了七种根据不同的反应器形
21、式，提供了七种不同的反应器模块不同的反应器模块。n这七类反应器模块可以划分为三类：这七类反应器模块可以划分为三类：1. 1. 基于物料平衡的反应器基于物料平衡的反应器（RStoicRStoic，RYieldRYield）；）；2. 2. 基于化学平衡的反应器基于化学平衡的反应器（REquilREquil，RGibbsRGibbs）；）；3. 3. 动力学反应器动力学反应器（RCSTRRCSTR，RPlugRPlug，RBatchRBatch）。）。2021/3/2933模块模块说明说明功能功能适用对象适用对象RStoic化学计量反应器化学计量反应器规规定定反反应应程程度度和和转转化化率率的的化
22、化学学计计量量反反应器模块应器模块反反应应动动力力学学数数据据未未知知或或不不重重要要，但但化化学学计计量系数和反应程度已知的反应器量系数和反应程度已知的反应器RYield产率反应器产率反应器规规定定产产率率的的反反应应器器模块模块化化学学计计量量系系数数和和反反应应动动力力学学数数据据未未知知或或不不重要，但产率分布已知的反应器重要，但产率分布已知的反应器REquil平衡反应器平衡反应器通通过过化化学学计计量量系系数数计计算算实实现现化化学学平平衡衡和相平衡和相平衡化学平衡和相平衡同时发生的反应器化学平衡和相平衡同时发生的反应器RGibbs吉布斯反应器吉布斯反应器通通过过Gibbs自自由由能
23、能最最小小实实现现化化学学平平衡衡和相平衡和相平衡化化学学平平衡衡和和相相平平衡衡同同时时发发生生的的反反应应器器，对对固体溶液和汽固体溶液和汽-液液-固系统计算相平衡固系统计算相平衡RCSTR全混釜反应器全混釜反应器模拟全混釜反应器模拟全混釜反应器带带反反应应速速率率控控制制和和平平衡衡反反应应的的单单相相、两两相相或三相全混釜反应器或三相全混釜反应器RPlug平推流反应器平推流反应器模拟平推流反应器模拟平推流反应器带带反反应应速速率率控控制制的的单单相相、两两相相或或三三相相平平推推流反应器流反应器RBatch间歇式反应器间歇式反应器模模拟拟间间歇歇式式或或半半间间歇式反应器歇式反应器带带
24、反反应应速速率率控控制制的的单单相相、两两相相或或三三相相间间歇歇和半间歇的反应器和半间歇的反应器8.2 反应器单元模拟概述反应器单元模拟概述2021/3/29348.3 化学计量反应器化学计量反应器RStoicl按照化学反应方程式中的计量关系进行反应，有按照化学反应方程式中的计量关系进行反应，有平平行反应行反应和和串联反应串联反应两种方式。两种方式。l用于模拟化学平衡数据和动力学数据未知或不重要用于模拟化学平衡数据和动力学数据未知或不重要的反应器，还可以计算产品的选择性和反应热。的反应器，还可以计算产品的选择性和反应热。2021/3/29358.3 化学计量反应器化学计量反应器RStoic2
25、021/3/29368.3 化学计量反应器化学计量反应器RStoicnRStoic模块的连接图如下：模块的连接图如下： 2021/3/29378.3 化学计量反应器化学计量反应器RStoicl用化学计量反应器用化学计量反应器RStoic模拟计算时，需要模拟计算时，需要规定反应器的规定反应器的操作条件操作条件，并选择反应器的，并选择反应器的闪闪蒸计算相态蒸计算相态；l还需要规定在反应器中发生的反应，对每个还需要规定在反应器中发生的反应，对每个反应必须规定反应必须规定化学计量系数化学计量系数，并分别指定每，并分别指定每一个反应的一个反应的转化率转化率或或产品流率产品流率。2021/3/29388.
26、3 化学计量反应器化学计量反应器RStoicnRStoic 模块有七组模型参数：模块有七组模型参数：1、模型设定、模型设定 (Specifications)2、化学反应、化学反应 (Reactions)3、燃烧、燃烧 (Combustion)4、反应热、反应热 (Heat of Reaction)5、选择性、选择性 (Selectivity)6、粒度分布、粒度分布 (PSD)7、组分属性、组分属性 (Component Attr.)2021/3/29398.3 化学计量反应器化学计量反应器RStoic1、模型设定、模型设定(Specifications)包括包括操作条件操作条件和和有效相态有效
27、相态。2021/3/29408.3 化学计量反应器化学计量反应器RStoic2、化学反应、化学反应(Reactions)需要规定在反应器中发生的需要规定在反应器中发生的所有所有反应反应。2021/3/29418.3 化学计量反应器化学计量反应器RStoic定义每个反应时，必须规定化学计量系数，并分别指定每一定义每个反应时，必须规定化学计量系数，并分别指定每一个反应的转化率或产品流率。个反应的转化率或产品流率。化学计化学计量系数量系数产品流率产品流率反应转化率反应转化率2021/3/29428.3 化学计量反应器化学计量反应器RStoic3、反应热、反应热 (Heat of Reaction)如
28、如果果需需要要计计算算反反应应热热，可可在在Heat of Reaction页页面面对对每每个个反反应应规规定定参参考考组组分分，也也可可选选择择规规定定反反应应热热，化学计量反应器化学计量反应器RStoic调整计算的反应器负荷。调整计算的反应器负荷。2021/3/29438.3 化学计量反应器化学计量反应器RStoic2021/3/2944规定参考组分规定参考组分计算反应热计算反应热8.3 化学计量反应器化学计量反应器RStoic2021/3/2945规定反应热规定反应热8.3 化学计量反应器化学计量反应器RStoic2021/3/29468.3 化学计量反应器化学计量反应器RStoic4、
29、选择性、选择性 (Selectivity)若需要计算产品的选择性，可在若需要计算产品的选择性，可在Selectivity页面页面规定所选择的产品组分和参考的反应物组分。规定所选择的产品组分和参考的反应物组分。规定选择规定选择性参考组性参考组分分2021/3/29478.3 化学计量反应器化学计量反应器RStoic所选择的组分所选择的组分P对参考组分对参考组分A的选择性规定为的选择性规定为PP选择组分选择组分P P的摩尔数改变量；的摩尔数改变量；AA参考组分参考组分A A的摩尔数改变量；的摩尔数改变量；下标下标RealReal表示反应器中的实际情况；表示反应器中的实际情况；下标下标IdealId
30、eal表示一个理想反应系统的情况。表示一个理想反应系统的情况。2021/3/29488.3 化学计量反应器化学计量反应器RStoic在多数情况下，选择性在在多数情况下，选择性在0和和1之间。之间。l如果所选择的组分由参考组分以外的其它组分生如果所选择的组分由参考组分以外的其它组分生成，选择性会成，选择性会大于大于1；l如果所选择的组分在其它反应中消耗，选择性可如果所选择的组分在其它反应中消耗，选择性可能会能会小于小于0。2021/3/29498.3 化学计量反应器化学计量反应器RStoic5、粒度分布和组分属性、粒度分布和组分属性 当反应当反应生成固体或固体改变生成固体或固体改变时，可以分别在
31、时，可以分别在Attr.页面和页面和PSD页面规定组分属性和粒子的尺寸页面规定组分属性和粒子的尺寸分布。分布。2021/3/29508.3 化学计量反应器化学计量反应器RStoic例例8.1 用化学计量反应器用化学计量反应器RStoic模拟模拟1-丁烯的异构化反丁烯的异构化反应，涉及到的反应及转化率如下表所示。进料温度为应，涉及到的反应及转化率如下表所示。进料温度为16，压力为，压力为196kPa，进料中正丁烷（，进料中正丁烷（N-BUTANE）、）、1-丁烯（丁烯（1-BUTENE）、顺）、顺-2-丁烯（丁烯（CIS-2BUT）、反）、反-2-丁烯（丁烯（TR-2BUT）、异丁烯（）、异丁烯
32、（ISOBUT）的流率分别）的流率分别为为35000kg/hr、10000kg/hr、4500kg/hr、6800kg/hr、1450kg/hr，反应器的温度为，反应器的温度为400，压，压力为力为196kPa。物性方法选用。物性方法选用RK-SOAVE。2021/3/2951反应反应转化率转化率1-BUTENEISOBUT0.364(1-BUTENE)PROPYLEN+2MET2BUT+1-OCTENE0.04CIS-2BUTISOBUT0.364(CIS-2BUT)PROPYLEN+2MET2BUT+1-OCTENE0.04TR-2BUTISOBUT0.364(TR-2BUT)PROPYL
33、EN+2MET2BUT+1-OCTENE0.04问：问：每个反应的反应热是多少？每个反应的反应热是多少？异丁烯对异丁烯对1-1-丁烯的丁烯的选择性是多少？选择性是多少？ 8.3 化学计量反应器化学计量反应器RStoic2021/3/29528.4 产率反应器产率反应器RYieldn产产率率反反应应器器RYield可可以以模模拟拟化化学学计计量量系系数数和和反反应应动动力力学学数数据据未未知知或或不不重重要要的的反反应应，但但需需要要已已知知反应产物的产率分布反应产物的产率分布。n产产率率反反应应器器RYield只只考考虑虑总总质质量量平平衡衡，能能够够模模拟单相、两相和三相反应器。拟单相、两相
34、和三相反应器。2021/3/29538.4 产率反应器产率反应器RYield2021/3/29548.4 产率反应器产率反应器RYieldnRYield模块的连接图如下：模块的连接图如下：2021/3/29558.4 产率反应器产率反应器RYieldRYield模块有六组模型参数：模块有六组模型参数：1、模型设定、模型设定 (Specifications)2、产率、产率 (Yield)3、闪蒸选项、闪蒸选项 (Flash Options)4、粒度分布、粒度分布 (PSD)5、组分属性、组分属性 (Comp. Attr.)6、组分映射、组分映射 (Comp. Mapping)2021/3/295
35、68.4 产率反应器产率反应器RYield1、模型设定、模型设定(Specifications)包括包括操作条件操作条件和和有效相态有效相态。操作条件操作条件有效相态有效相态2021/3/29578.4 产率反应器产率反应器RYield2、产率、产率 (Yield)产率设置有四个选项可选：产率设置有四个选项可选：组分产率（组分产率（Component yieldsComponent yields）组分映射（组分映射（Component mappingComponent mapping）石油馏分表征（石油馏分表征（Petro characterizationPetro characterizat
36、ion）用户子程序（用户子程序（User SubroutineUser Subroutine）2021/3/29588.4 产率反应器产率反应器RYield当选择当选择组分产率选项组分产率选项时，对于反应产物中的每一时，对于反应产物中的每一个组分进行产率规定。个组分进行产率规定。计算的产率基于每单位质量的总进料被圆整，以计算的产率基于每单位质量的总进料被圆整，以维持整体的物料平衡，维持整体的物料平衡，因此产率规定只是建立了因此产率规定只是建立了一个产率分布，而不是绝对产率。一个产率分布，而不是绝对产率。2021/3/29598.4 产率反应器产率反应器RYield当规定了惰性组分当规定了惰性组
37、分（Inert Components）后，产率是以单位质量的后，产率是以单位质量的非惰性进料为基础计算的非惰性进料为基础计算的2021/3/29608.4 产率反应器产率反应器RYield当选择组分映射选项时，需在当选择组分映射选项时，需在Comp. Mapping页页面设置各种结合（面设置各种结合（Lump）反应和分解（）反应和分解（De-lump）反应所涉及的组分之间的定量关系。反应所涉及的组分之间的定量关系。当反应生成固体或固体改变时，可以在当反应生成固体或固体改变时，可以在Comp. Attr.页面和页面和PSD页面分别规定它们的组分属性和粒页面分别规定它们的组分属性和粒子尺寸。子尺寸
38、。2021/3/29618.4 产率反应器产率反应器RYield例例8.2 已知反应已知反应CH4+2H2OCO2+4H2，进料中甲烷、，进料中甲烷、水蒸汽的流率分别为水蒸汽的流率分别为20kmol/hr、80kmol/hr，进料温度，进料温度为为750，压力为，压力为0.1013MPa。反应在恒温恒压条件下进。反应在恒温恒压条件下进行，温度、压力与进料相同，反应器出口物流中行，温度、压力与进料相同，反应器出口物流中CH4:H2O:CO2:H2的摩尔比为的摩尔比为1:6:1:4。物性方法选用。物性方法选用PENG-ROB。问反应器热负荷为多少？问反应器热负荷为多少？CO2和和H2的流率分别为多
39、少？的流率分别为多少？2021/3/29628.5平衡反应器平衡反应器REquil平衡反应器平衡反应器REquil按照化学反应方程式中的计量按照化学反应方程式中的计量关系进行反应计算，同时计算相平衡和化学平衡，不关系进行反应计算，同时计算相平衡和化学平衡，不考虑反应动力学。考虑反应动力学。平衡反应器平衡反应器REquil能够模拟能够模拟单相单相和和两相两相反应，不反应，不能进行三相计算。能进行三相计算。2021/3/29638.5平衡反应器平衡反应器REquil2021/3/29648.5平衡反应器平衡反应器REquilnREquil模块的连接图如下：模块的连接图如下：2021/3/29658
40、.5平衡反应器平衡反应器REquilnREquil 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、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)2021/3/29668.5平衡反应器平衡反应器REquil1、模型设定、模型设定 (Specifications)包括包括操作条件操作条件和和有效相态有效相态。操作条件操作条件有效相态有效相态2021/3/29678.5平衡反应器平衡反应器REquil2、化学反应、化学反应 (Reactions)需要规定在反应
41、器中发生的反应，对每个反应指定需要规定在反应器中发生的反应，对每个反应指定化学计量系数化学计量系数。2021/3/29688.5平衡反应器平衡反应器REquilREquil由由Gibbs自由能计算平衡常数，可以通过规定自由能计算平衡常数，可以通过规定产物生成比速率产物生成比速率或或趋近平衡温度趋近平衡温度来限制平衡。来限制平衡。产物生成比速率产物生成比速率Extend=Extend=速率速率/ /化学计量系数化学计量系数趋近平衡温度（趋近平衡温度（Temperature ApproachTemperature Approach）= =反应温反应温度度+ +趋近平衡温度趋近平衡温度2021/3/
42、29698.5平衡反应器平衡反应器REquil2021/3/29708.5平衡反应器平衡反应器REquill平衡反应器平衡反应器REquil处理常规的处理常规的固体固体时，把每时，把每个特定的固体视为一个单独的纯固相。个特定的固体视为一个单独的纯固相。l不参加反应的固体，包括非常规的组分，被不参加反应的固体，包括非常规的组分，被视为视为惰性成分惰性成分。这些固体不影响化学平衡，。这些固体不影响化学平衡，只影响能量平衡。只影响能量平衡。2021/3/29718.5平衡反应器平衡反应器REquil3、液沫夹带、液沫夹带 (Entrainment)当有效相态为气当有效相态为气-液两相时，可以规定液沫
43、夹带。液两相时，可以规定液沫夹带。2021/3/29728.5平衡反应器平衡反应器REquil例例8.3 由甲醇生产氢气的反应如下：由甲醇生产氢气的反应如下：CH4O2H2+CO；CO+H2OH2+CO2进料流率为进料流率为100kmol/hr；其中甲醇与水的摩尔比为其中甲醇与水的摩尔比为1:4；进料温度为进料温度为232，压力为压力为0.1013MPa；反应器温度为反应器温度为232，压力为，压力为0.1013MPa；物性方法选用物性方法选用PENG-ROB。当反应达到平衡时，氢气产品的流率为多少？反应热负当反应达到平衡时，氢气产品的流率为多少？反应热负荷是多少？荷是多少？2021/3/29
44、738.6吉布斯反应器吉布斯反应器RGibbsnRGibbs根据系统根据系统Gibbs自由能趋于最小自由能趋于最小的原则，的原则，计算同时达到计算同时达到化学平衡化学平衡和和相平衡相平衡时的情况。时的情况。n不要求规定反应的化学计量系数，可以应用于发生不要求规定反应的化学计量系数，可以应用于发生的的反应未知反应未知或由于有许多组分参与反应致使或由于有许多组分参与反应致使反应数反应数量很多量很多的情况。的情况。n吉布斯反应器吉布斯反应器RGibbs是唯一能处理是唯一能处理汽汽-液液-固固相平相平衡的反应器模块。衡的反应器模块。2021/3/29748.6吉布斯反应器吉布斯反应器RGibbs202
45、1/3/29758.6吉布斯反应器吉布斯反应器RGibbsnRGibbs模块的连接图如下：模块的连接图如下：2021/3/29768.6吉布斯反应器吉布斯反应器RGibbsnRGibbs 模块有五组模型参数：模块有五组模型参数：1、模型设定、模型设定 (Specifications)2、产物、产物 (Products)3、指定物流、指定物流 (Assign Steams) 4、惰性物、惰性物 (Inerts)5、限制平衡、限制平衡 (Restricted Equilibrium)2021/3/29778.6吉布斯反应器吉布斯反应器RGibbs1、模型设定、模型设定 (Specification
46、s)包括包括操作条件操作条件、计算选项计算选项和和存在的相态数存在的相态数。操作条件操作条件计算选项计算选项相态相态2021/3/29788.6吉布斯反应器吉布斯反应器RGibbs计算选项可选择计算选项可选择仅计算相平衡仅计算相平衡、同时计算化同时计算化学平衡和相平衡学平衡和相平衡、或、或受限制的化学平衡受限制的化学平衡。2021/3/29798.6吉布斯反应器吉布斯反应器RGibbs2、产物、产物 (Products)系统中所有的组分都可以系统中所有的组分都可以是产物是产物；指定可能的产物组分指定可能的产物组分；定义产物存在的相态定义产物存在的相态。 由于不用输入反应，所由于不用输入反应，所
47、以需要规定以需要规定产物产物的情况：的情况：2021/3/29808.6吉布斯反应器吉布斯反应器RGibbs2、产物、产物 (Products)系统中所有的组分都可以是产物系统中所有的组分都可以是产物；2021/3/29818.6吉布斯反应器吉布斯反应器RGibbs2、产物、产物 (Products)指定可能的产物组分指定可能的产物组分；2021/3/29828.6吉布斯反应器吉布斯反应器RGibbs2、产物、产物 (Products)定义产物存在的相态定义产物存在的相态。 2021/3/29838.6吉布斯反应器吉布斯反应器RGibbs3、指定物流、指定物流 (Assign Steams)
48、可以选择可以选择自动指定出口物流相态自动指定出口物流相态，或，或使用关键组分使用关键组分和截尾摩尔分率指定出口物流相态和截尾摩尔分率指定出口物流相态。2021/3/29848.6吉布斯反应器吉布斯反应器RGibbs4、惰性物、惰性物 (Inerts)如果有不参加反应的惰性组分，可以在如果有不参加反应的惰性组分，可以在Inerts页面页面规定哪些组分为惰性组分，以及该组分不参加反应规定哪些组分为惰性组分，以及该组分不参加反应的摩尔流率或分率。的摩尔流率或分率。2021/3/29858.6吉布斯反应器吉布斯反应器RGibbs5、限制平衡、限制平衡 (Restricted Equilibrium)可
49、以通过设定可以通过设定整个系统的趋近平衡温度整个系统的趋近平衡温度，或分别指，或分别指定定各个化学反应的趋近平衡温度各个化学反应的趋近平衡温度来限制平衡。来限制平衡。2021/3/29868.6吉布斯反应器吉布斯反应器RGibbs例例8.3 由甲醇生产氢气的反应如下：由甲醇生产氢气的反应如下：CH4O2H2+CO；CO+H2OH2+CO2进料流率为进料流率为100kmol/hr；其中甲醇与水的摩尔比为其中甲醇与水的摩尔比为1:4；进料温度为进料温度为232，压力为压力为0.1013MPa；反应器温度为反应器温度为232，压力为，压力为0.1013MPa；物性方法选用物性方法选用PENG-ROB
50、。当反应达到平衡时，氢气产品的流率为多少？反应热当反应达到平衡时，氢气产品的流率为多少？反应热负荷是多少？负荷是多少？比较比较REquil模块与模块与RGibbs模块模块的计算结果。的计算结果。2021/3/29878.7 化学反应对象化学反应对象化学反应对象可以用于动力学反应器（化学反应对象可以用于动力学反应器（RCSTR、RPlug、RBatch）和反应精馏（）和反应精馏（RadFrac）的计）的计算。算。化学反应对象是独立于反应器模块或塔模块的，可化学反应对象是独立于反应器模块或塔模块的，可以同时应用于多个模块中。以同时应用于多个模块中。2021/3/2988n建立新的化学反应对象需要输
51、入反应建立新的化学反应对象需要输入反应ID并选并选择对象类型，常用的对象类型有三种：择对象类型，常用的对象类型有三种：8.7 化学反应对象化学反应对象 LHHW型型（Langmuir-Hinshelwood-Hougen-Watson）；）；指数型指数型（Power Law）；）；反应精馏型反应精馏型（Reac-Dist）。）。2021/3/2989l反应类型有两种：反应类型有两种：动力学动力学（Kinetic）和）和平衡型平衡型（Equilibrium）l需输入反应物（需输入反应物（Reactants）、产物）、产物（Products）以及对应的化学计量系数）以及对应的化学计量系数（Coef
52、ficient）。）。l对于指数型反应对象，还要输入动力学方程式中每对于指数型反应对象，还要输入动力学方程式中每个组分的指数（个组分的指数（Exponent），若不输入则默认为），若不输入则默认为0，即反应速率的大小与该组分无关。，即反应速率的大小与该组分无关。8.7 化学反应对象化学反应对象2021/3/29908.7 化学反应对象化学反应对象反应类型反应类型反应物反应物产物产物2021/3/29918.7 化学反应对象化学反应对象如果反应类型（如果反应类型（Reaction type）选择）选择Kinetic，在在Kinetic页面，需要规定反应相态、反应速率控制页面，需要规定反应相态、反
53、应速率控制基准、动力学参数以及浓度基准。基准、动力学参数以及浓度基准。指数型：反应动力学常数指数型：反应动力学常数(Kinetic factor， k)，它与温度，它与温度的关系用修正的的关系用修正的Arrhenius方程表示：方程表示：2021/3/29928.7 化学反应对象化学反应对象选择化学计量方程选择化学计量方程反应相态反应相态反应速率控制基准反应速率控制基准动力学参数动力学参数2021/3/29938.7 化学反应对象化学反应对象LHHW型的反应动力学方程：型的反应动力学方程：动力学常数仍用修正的动力学常数仍用修正的Arrhenius方程表示：方程表示：2021/3/29948.7
54、 化学反应对象化学反应对象选择化学计量方程选择化学计量方程反应相态反应相态反应速率控制基准反应速率控制基准动力学参数动力学参数2021/3/29958.7 化学反应对象化学反应对象点击点击Driving force，进入如下页面。，进入如下页面。2021/3/29968.7 化学反应对象化学反应对象Term1和和Term2分别代表分别代表正反应正反应和和逆反应逆反应的推动力。的推动力。l推动力表达式为：推动力表达式为： Driving force expression2021/3/29978.7 化学反应对象化学反应对象点击点击Adsorption，进入，进入如下如下页面页面。2021/3/2
55、9988.7 化学反应对象化学反应对象l吸附表达式为：吸附表达式为：Adsorption expression如果不存在吸附过程的影响，则只需令如果不存在吸附过程的影响，则只需令m=0即可。即可。2021/3/29998.7 化学反应对象化学反应对象如果反应类型（如果反应类型（Reaction type）选择）选择Equilibrium，在，在Equilibrium页面需要规定页面需要规定反应相态、趋近平衡温度，还需要选择平衡常反应相态、趋近平衡温度，还需要选择平衡常数的计算方法：数的计算方法：Gibbs energies或或built-in expression2021/3/291008.7
56、 化学反应对象化学反应对象选择化学计量方程选择化学计量方程反应相态反应相态趋紧平衡温度趋紧平衡温度平衡常数的计算平衡常数的计算2021/3/291018.7 化学反应对象化学反应对象l另外，另外，还可以使用用户提供的动力学子程序来计算还可以使用用户提供的动力学子程序来计算反应速率，在反应速率，在Reactions Reactions页面创建一个页面创建一个新反应新反应ID，在，在Create New ID对话框中，选择对对话框中，选择对象类型为象类型为USER，在，在Subroutine页面规定页面规定Fortran子程序名称及相关参数子程序名称及相关参数。2021/3/291028.8 全混
57、釜反应器全混釜反应器RCSTRn全混釜反应器全混釜反应器RCSTR可以模拟达到理想混合的连可以模拟达到理想混合的连续搅拌釜式反应器续搅拌釜式反应器；n要求已知化学反应式、动力学方程和平衡关系要求已知化学反应式、动力学方程和平衡关系；n可模拟单相、两相或三相体系，并可处理固体可模拟单相、两相或三相体系，并可处理固体；n可同时计算可同时计算动力学控制动力学控制和和平衡控制平衡控制两类反应。两类反应。2021/3/291038.8 全混釜反应器全混釜反应器RCSTR2021/3/291048.8 全混釜反应器全混釜反应器RCSTRnRCSTR模块的连接图如下：模块的连接图如下：2021/3/2910
58、58.8 全混釜反应器全混釜反应器RCSTRnRCSTR 模块有七组模型参数：模块有七组模型参数：1、模型设定、模型设定 (Specifications)2、产品物流、产品物流 (Streams)3、化学反应、化学反应(Reactions) 4、粒度分布、粒度分布 (PSD)5、组分属性、组分属性 (Component Attr.)6、公用工程、公用工程(Utility)7、催化剂、催化剂(Catalyst)2021/3/291068.8 全混釜反应器全混釜反应器RCSTR1、模型设定、模型设定 (Specifications)l需要设定需要设定操作条件操作条件 (Operation Cond
59、itions)和和持持料状态料状态 (Holdup)。l操作条件操作条件包括：包括：反应器压力、温度或者热负荷反应器压力、温度或者热负荷；l持料状态持料状态包括：包括：有效相态（有效相态（Valid phases）、反）、反应器体积（应器体积（Reactor volume）或停留时间）或停留时间（Residence time）等）等设定方式。设定方式。2021/3/291078.8 全混釜反应器全混釜反应器RCSTR2021/3/291088.8 全混釜反应器全混釜反应器RCSTR2、产品物流、产品物流 (Streams)当有两股或两股以上产品物流时应该在该栏设置各当有两股或两股以上产品物流时
60、应该在该栏设置各产品物流的出口相态。产品物流的出口相态。2021/3/291098.8 全混釜反应器全混釜反应器RCSTR3、化学反应、化学反应(Reactions)RCSTR中的化学反应通过选用预定义的化学反应中的化学反应通过选用预定义的化学反应对象来设定。对象来设定。2021/3/291108.8 全混釜反应器全混釜反应器RCSTR4、催化剂、催化剂(Catalyst)当存在催化剂时，需在该页面设定催化剂装填量当存在催化剂时，需在该页面设定催化剂装填量(Catalyst loading)、床层孔隙率、床层孔隙率(Bed voidage)或颗粒密度或颗粒密度(Particle density
61、)。2021/3/291118.8 全混釜反应器全混釜反应器RCSTR例例8.5 乙酸乙酯的平衡反应式为：乙酸乙酯的平衡反应式为：基于摩尔浓度的反应平衡常数为基于摩尔浓度的反应平衡常数为K，lnK=1.335。进料为。进料为0.1013MPa下的饱和液体，其中，水、乙醇、乙酸的流率下的饱和液体，其中，水、乙醇、乙酸的流率分别为分别为736kmol/h、218 kmol/h、225kmol/h，全混，全混釜反应器的体积为釜反应器的体积为21000L，温度为，温度为60，压力为，压力为0.1013MPa，化学反应对象选用指数型。，化学反应对象选用指数型。物性方法选用物性方法选用NRTL-HOC。求
62、产品乙酸乙酯的流率为多少？求产品乙酸乙酯的流率为多少？2021/3/291128.9 平推流反应器平推流反应器RPlugn平推流反应器平推流反应器RPlug可以模拟可以模拟轴向没有返混、径向轴向没有返混、径向完全混合完全混合的理想平推流反应器。的理想平推流反应器。n该模块该模块只能计算动力学控制只能计算动力学控制的反应，要求已知化学的反应，要求已知化学反应式和动力学方程。反应式和动力学方程。n可模拟单相、两相或三相体系，并可处理固体，也可模拟单相、两相或三相体系，并可处理固体，也可以模拟带冷却剂物流的反应器。可以模拟带冷却剂物流的反应器。2021/3/291138.9 平推流反应器平推流反应器
63、RPlug2021/3/291148.9 平推流反应器平推流反应器RPlugnRPlug模块的连接图如下：模块的连接图如下：2021/3/291158.9 平推流反应器平推流反应器RPlugnRCSTR 模块有八组模型参数：模块有八组模型参数：1、模型设定、模型设定 (Specifications)2、反应器构型、反应器构型 (Configuration)3、产品物流、产品物流 (Streams)4、化学反应、化学反应(Reactions) 5、压力、压力(Pressure)6、持液量、持液量(Holdup)7、催化剂、催化剂(Catalyst)8、反应器直径、反应器直径(Diameter)2
64、021/3/291168.9 平推流反应器平推流反应器RPlug1、模型设定、模型设定 (Specifications)l需要指定平推流反应器需要指定平推流反应器RPlug的类型，输入对应的反应器的类型，输入对应的反应器条件（如果带有冷却剂，则包括冷却剂参数）条件（如果带有冷却剂，则包括冷却剂参数）。l平推流反应器平推流反应器RPlug的类型包括的类型包括：指定温度的反应器：指定温度的反应器（Reactor with specified temperature）、绝热反应器）、绝热反应器（Adiabatic reactor）、恒定冷却剂温度的反应器）、恒定冷却剂温度的反应器（Reactor w
65、ith constant coolant temperature）、与）、与冷却剂并流换热的反应器（冷却剂并流换热的反应器（Reactor with co-current coolant）、与冷却剂逆流换热的反应器（）、与冷却剂逆流换热的反应器（Reactor with counter-current coolant）等）等。2021/3/291178.9 平推流反应器平推流反应器RPlug反应器类型反应器类型操作条件操作条件2021/3/291188.9 平推流反应器平推流反应器RPlug2、反应器构型、反应器构型 (Configuration)包括包括反应管长度、直径反应管长度、直径、根数
66、根数以及物流和冷却剂的有效相态等。以及物流和冷却剂的有效相态等。反应管参数反应管参数有效相态有效相态2021/3/291198.9 平推流反应器平推流反应器RPlug3、产品物流、产品物流 (Streams)当有两股或两股以上产品物流时应该在该栏设置各产品物当有两股或两股以上产品物流时应该在该栏设置各产品物流的出口相态。流的出口相态。2021/3/291208.9 平推流反应器平推流反应器RPlug4、化学反应、化学反应(Reactions) RPlug中的化学反应通过选用预定义的化学反应对象来设定。中的化学反应通过选用预定义的化学反应对象来设定。2021/3/291218.9 平推流反应器平
67、推流反应器RPlug5、压力、压力(Pressure)包括反应器进口压力、反应器压降。包括反应器进口压力、反应器压降。反应器进反应器进口压力口压力反应器压反应器压降设定降设定2021/3/291228.9 平推流反应器平推流反应器RPlug6、持液量、持液量(Holdup)当反应器中有效相态不为单相时，需要对反应器的当反应器中有效相态不为单相时，需要对反应器的持液量进行设定，有三种选项。持液量进行设定，有三种选项。2021/3/291238.9 平推流反应器平推流反应器RPlug7、催化剂、催化剂(Catalyst)当存在催化剂时，需在该页面设定催化剂装填量当存在催化剂时，需在该页面设定催化剂
68、装填量(Catalyst loading)、床层孔隙率、床层孔隙率(Bed voidage)或颗粒密度或颗粒密度(Particle density)。2021/3/291248.9 平推流反应器平推流反应器RPlug8、反应器直径、反应器直径(Diameter)当反应器构型中选择直径随反应器长度变化时，需当反应器构型中选择直径随反应器长度变化时，需在该页面定义不同位置的反应器直径。在该页面定义不同位置的反应器直径。2021/3/291258.9 平推流反应器平推流反应器RPlug例例8.6 反应式和指数型动力学方程如下（其中动反应式和指数型动力学方程如下（其中动力学参数以英制单位为基准，浓度为
69、摩尔浓度，反力学参数以英制单位为基准，浓度为摩尔浓度，反应相态为气相）：应相态为气相）：Cl2+C3H6 C3H5Cl+HClCl2+C3H6 C3H6Cl22021/3/291268.9 平推流反应器平推流反应器RPlug两股进料混合后进入反应器，进料氯气（两股进料混合后进入反应器，进料氯气（Cl2）的温度为）的温度为200，压力为，压力为0.2026MPa，流率为，流率为0.077kmol/h，进料丙，进料丙烯（烯（C3H6）的温度为）的温度为200，压力为，压力为0.2026MPa，流率为，流率为0.308kmol/h。反应器长。反应器长7.62m，内径，内径50.8mm，压降为，压降为
70、0，传热系数，传热系数U=24.412kcal/(hm2K)。用。用180kg/h的水作的水作为冷却剂与反应器逆流换热，对于水的进口温度可以设定初值为冷却剂与反应器逆流换热，对于水的进口温度可以设定初值为为80，压力为，压力为0.1013MPa，规定水的出口温度为，规定水的出口温度为90。物。物性方法选用性方法选用IDEAL。求冷却剂水的进口温度、产品的温度以。求冷却剂水的进口温度、产品的温度以及产品中氯丙烯（及产品中氯丙烯（C3H5Cl）和）和1,2-二氯丙烷（二氯丙烷（C3H6Cl2）的）的流率各是多少？流率各是多少？2021/3/29127n全混釜反应器全混釜反应器是返混趋于无穷大的反应
71、器，是返混趋于无穷大的反应器，平推流反应器平推流反应器是返混为零的反应器，这是两是返混为零的反应器，这是两个极端情况。实际反应器有的接近这样的理个极端情况。实际反应器有的接近这样的理想情况，因而可用这两个模块进行近似设计、想情况，因而可用这两个模块进行近似设计、模拟和分析。模拟和分析。2021/3/29128n但是在某些情况下，由于实际设备中死角和但是在某些情况下，由于实际设备中死角和挡板等的存在形成了滞留区域，也可能由于挡板等的存在形成了滞留区域，也可能由于不均匀的流路导致流体的旁通，因而，流体不均匀的流路导致流体的旁通，因而，流体的流型不同于全混釜和平推流中流体的流型，的流型不同于全混釜和
72、平推流中流体的流型，而是介于它们之间的一种型式，这时候而是介于它们之间的一种型式，这时候可采可采用多个模块组合的方法进行模拟用多个模块组合的方法进行模拟。2021/3/29129 多相产物反应器多相产物反应器 RCSTR模块或模块或RPlug模块模块+Flash2模块模块。2021/3/29130 存在滞留区域的全混釜反应器存在滞留区域的全混釜反应器 RCSTR模块模块+Flash2模块模块+RPlug模块模块。2021/3/29131 产生旁通的平推流反应器产生旁通的平推流反应器 Fsplit模块模块+RPlug模块模块+Mixer模块模块。2021/3/29132 带有返混的平推流反应器带
73、有返混的平推流反应器 多个多个RCSTR模块串模块串联联。2021/3/291338.10 间歇式反应器间歇式反应器RBatchn间歇式反应器间歇式反应器RBatch可以模拟达到理想混可以模拟达到理想混合的间歇或半间歇操作的搅拌釜合的间歇或半间歇操作的搅拌釜。n通过规定化学反应式和动力学参数可计算物通过规定化学反应式和动力学参数可计算物料平衡和能量平衡。料平衡和能量平衡。n间歇式反应器间歇式反应器RBatch只能够处理动力学类只能够处理动力学类型的反应。型的反应。2021/3/291348.10 间歇式反应器间歇式反应器RBatch2021/3/291358.10 间歇式反应器间歇式反应器RB
74、atchnRBatch模块的连接图如下：模块的连接图如下：2021/3/291368.10 间歇式反应器间歇式反应器RBatchnRBatch 模块有六组模型参数：模块有六组模型参数：1、模型设定、模型设定 (Specifications)2、化学反应、化学反应 (Reactions)3、停止判据、停止判据 (Stop Criteria)4、操作时间、操作时间 (Operation Time)5、连续加料、连续加料 (Continuous Feeds)6、控制器、控制器 (Controllers)2021/3/291378.10 间歇式反应器间歇式反应器RBatch1、模型设定、模型设定 (S
75、pecifications)包括反应器操作设定、压力设定和有效相态。包括反应器操作设定、压力设定和有效相态。压力设定压力设定反应器操作设定反应器操作设定有效相态有效相态2021/3/291388.10 间歇式反应器间歇式反应器RBatchn其中反应器操作设定的类型包括：其中反应器操作设定的类型包括：1、恒温、恒温 (Constant temperature)2、温度剖形、温度剖形 (Temperature profiles)3、恒定热负荷、恒定热负荷 (Constant heat duty)4、热负荷剖形、热负荷剖形 (Heat duty profile)5、恒定冷却剂温度、恒定冷却剂温度 (
76、Constant coolant temperature)6、传热用户子程序、传热用户子程序 (Heat Transfer user subroutine)2021/3/291398.10 间歇式反应器间歇式反应器RBatchn压力设定包括：压力设定包括：1、指定反应器压强、指定反应器压强 (Specify reactor pressure)2、指定压强剖形、指定压强剖形 (Specify reactor pressure profile)3、计算反应器压强、计算反应器压强 (Calculate reactor pressure)2021/3/291408.10 间歇式反应器间歇式反应器RBa
77、tch2、化学反应、化学反应 (Reactions)RBatch中的化学反应通过化学反应对象定义中的化学反应通过化学反应对象定义。2021/3/291418.10 间歇式反应器间歇式反应器RBatch3、停止判据、停止判据 (Stop Criteria)停止判据为间歇式反应器停止判据为间歇式反应器RBatch一个操作周期结束的条件，一个操作周期结束的条件，可以设定一个或多个，计算过程中达到任何一个判据设定可以设定一个或多个，计算过程中达到任何一个判据设定值后，反应就停止。值后，反应就停止。2021/3/291428.10 间歇式反应器间歇式反应器RBatch判据位置有三种可选：反应器、排气收集
78、器、排气判据位置有三种可选：反应器、排气收集器、排气管。管。2021/3/291438.10 间歇式反应器间歇式反应器RBatch变量类型有变量类型有13种可选：反应时间、摩尔分率、质种可选：反应时间、摩尔分率、质量分率、转化率、温度、压力等。量分率、转化率、温度、压力等。2021/3/291448.10 间歇式反应器间歇式反应器RBatch4、操作时间、操作时间 (Operation Time)l为间歇式反应器为间歇式反应器RBatch的操作周期（的操作周期（Batch cycle time）设定时间指标有设定时间指标有两种设定方式两种设定方式：l设定一个操作周期的时间（设定一个操作周期的时
79、间（Total cycle time）；）；l设定间歇进料时间（设定间歇进料时间（Batch feed time）和辅助操作时间）和辅助操作时间（Down time）。）。l还需要设定最大计算时间（还需要设定最大计算时间（Maximum calculation time）和时间间隔（）和时间间隔（Time interval between profile points）。）。2021/3/291458.10 间歇式反应器间歇式反应器RBatch2021/3/291468.10 间歇式反应器间歇式反应器RBatch5、连续加料、连续加料 (Continuous Feeds)当存在连续加料流股时，
80、在连续加料表单中设置各个连续当存在连续加料流股时，在连续加料表单中设置各个连续加料流股的流量随时间的变化情况。有两种设置方式：加料流股的流量随时间的变化情况。有两种设置方式：基于加料流股的恒定流量基于加料流股的恒定流量 (Flow is constant at inlet value)指定不同时刻的流量剖形指定不同时刻的流量剖形 (Specify flow vs time profile)2021/3/291478.10 间歇式反应器间歇式反应器RBatch6、控制器、控制器 (Controllers)当设置反应器温度为恒温或指定温度剖形时，可以当设置反应器温度为恒温或指定温度剖形时，可以通过
81、控制器对反应釜温度进行通过控制器对反应釜温度进行PID控制。控制。当设置反应器压力为计算反应器压力时，可以通过当设置反应器压力为计算反应器压力时，可以通过控制器对反应釜压力进行控制器对反应釜压力进行PID控制。控制。2021/3/291488.10 间歇式反应器间歇式反应器RBatchPID控制器的温度控制参数包括控制器的温度控制参数包括 ：比例增益因子比例增益因子 (Proportional gain)积分时间常数积分时间常数 (Integral time constant)微分时间常数微分时间常数 (Derivative time constant)2021/3/291498.10 间歇式
82、反应器间歇式反应器RBatchPID控制器的压力控制参数包括控制器的压力控制参数包括 ：压力设置值压力设置值(Pressure set point)比例增益因子比例增益因子 (Proportional gain)积分时间常数积分时间常数 (Integral time constant)微分时间常数微分时间常数 (Derivative time constant)最大进料流率最大进料流率(Maximum feed flow rate)2021/3/291508.10 间歇式反应器间歇式反应器RBatch例例8.7 用间歇式反应器用间歇式反应器RBatch模拟烷基甘油醚反应，反应模拟烷基甘油醚反应
83、，反应包括两个单体反应和两个二聚反应，化学反应对象选择指包括两个单体反应和两个二聚反应，化学反应对象选择指数型。数型。Fatty alcohol+Epi Alpha-MonomerFatty alcohol+Epi Beta-MonomerAlpha-Monomer +Epi AA-DimerAlpha-Monomer +Epi AB-Dimer2021/3/291518.10 间歇式反应器间歇式反应器RBatch对于上述所有反应，动力学参数对于上述所有反应，动力学参数k均为均为8.713581010，活，活化能依次为化能依次为E1=69019400J/kmol，E2=69780000J/km
84、ol，E3=75532200J/kmol，E4=76060200J/kmol。其中浓度基准为体积摩尔浓度其中浓度基准为体积摩尔浓度Molarity。2021/3/291528.10 间歇式反应器间歇式反应器RBatch反应式中反应式中Epi为环氧氯丙烷为环氧氯丙烷C3H5ClO，Fatty alcohol为为1-十三烷醇十三烷醇C13H28O，Alpha-Monomer、Beta-Monomer、AA-Dimer、AB-Dimer的结构式分别为：的结构式分别为：2021/3/291538.10 间歇式反应器间歇式反应器RBatch间歇进料间歇进料Fatty alcohol总量为总量为3257kg，温度为，温度为65，压，压力为力为0.1013MPa；连续进料；连续进料Epi总量为总量为1710kg，温度为，温度为65，压力为，压力为0.1013MPa，并以，并以1140kg/h的流率连续进的流率连续进料料1.5h。反应器温度为。反应器温度为65，压力为，压力为0.1013MPa，反应，反应为液相反应，反应为液相反应，反应1.5h后结束，计算时间间隔设为后结束，计算时间间隔设为1min，物性方法选用物性方法选用NRTL，求反应产品的组成流率。，求反应产品的组成流率。2021/3/29154
