第8章反应器单元模拟课件.ppt

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RBatch8.1 反应器基础知识反应器基础知识基本概念基本概念n化学计量方程化学计量方程它是表

2、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=08.1 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）与化学反应方程不同，化学反应方程表示的是方向，而）与化学反应方程不同，化学反应方程表示的是方向，而计量方程表示的是量。计量方程表示的是量。4）

3、单一反应；复合反应。）单一反应；复合反应。8.1 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。8.1 反应器基础知识反应器基础知识基本概念基本概念8.1 反应器基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

4、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：8.1 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，8.1 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表示为单位反应体积中（或单位反应表面积上、或单位可表示为单位反应体积中（或单位反应表面积上、或单位质量固体或催化剂上）某一反应物或产物的摩尔流量的变质量固体或催化剂上）某一反应物或产物的摩尔流量的变化。化。在气在气-固相催化反应中，由于实验反应器与工业反应器中催固相催化反应中，由于实验反应器与工业反应器中催化剂的填充方式不同，一般按单位质量催化剂来计算反应化剂的填充方式不同，一

5、般按单位质量催化剂来计算反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。8.1 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空速液空速：反应混合物以液体进入反应器，常以：反应混合物以液体进入反应器，常以25下液体的下液体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：是单位反应体积所能处理的反应混合物的体积流量。量。8.1 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

6、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。8.1 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：如果反应物不只是一种，针对不同反应物计算出来为如果反应物不只是一种，针对不同反应物计算出来为x x 不一不一

7、定相同。定相同。8.1 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 s8.1 反应器基础知识反应器基础知识分类分类n化学反应和反应器的分类化学反应和反应器的分类化学反应和反应器的分类方法很多，常按下列四种方化学反应和反应器的分类方法很多，常按下列四种方法进行分类。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n 包括气相均相反应和液相均相

8、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，气固相，气-液相，气液相，气-液液-固相反应等。固相反应等。均相反应均相反应非均相反应非均相反应8.1 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n 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出的操作方法。应再取出的操作方法。n 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。n 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

9、操作间歇操作连续操作连续操作半连续操作半连续操作8.1 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n 一般长径比大于一般长径比大于30；n 一般高径比为一般高径比为1-3；n 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器塔式反应器8.1 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n 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。n 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。n 与

10、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8.1 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工业上化学反应必然要在某种设备内进行，这种设备就是在工业上化学反应必然要在某种设备内进行，这种设备就是反应器反应器。根据各种化学反应的不同特性，反应器的形式和。根据各种化学反应的不同特性，反应器的形式和操作方式有很大差异。操作方式有很大差异。从本质上讲，反应器的形式并不会影响化学反应动力学特性。从本质上讲，反应器的形式并不会影响化学反应动力学特性。但是物料在不同类型的反应器中流动情况是不同的。但

11、是物料在不同类型的反应器中流动情况是不同的。8.1 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n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。n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

12、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。8.1 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

13、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8.1 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。8.1 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

14、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（温度及浓度）度及浓度）各处均一各处均一。8.1 反应器基础知识反应器基础知识分类分类8.1 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

15、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。8.1 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

16、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（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。8.1 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。8.1 反应器基础知识反应器基础知识分类分类8.1 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

17、于流体沿同一方向，以相同速度向前推进，在反应器由于流体沿同一方向，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，

18、常可按平推流较大的管式反应器，列管固定床反应器等，常可按平推流反应器处理。反应器处理。8.1 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。8.1 反应器基础知识反应器基础知识分类分类全混流反应器又称全混釜或连续全混流反应器又称全混釜或连续流动充分搅拌槽式反应器，简称流动充分搅拌槽式反应器，简称CSTR。流入反应器的物料，在。流入反应器的物料，在瞬间与反应器内的物料混合均匀，瞬间与反应器内的物料混合均匀，即在反应器

19、中各处物料的温度、即在反应器中各处物料的温度、浓度都是相同的。浓度都是相同的。8.1 反应器基础知识反应器基础知识分类分类8.1 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。8.2 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式，提供了七种不同的反应器模块不同的反应器模块。n

20、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）。）。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定反应程度和转规定反应程度和转化率的化学计量反化率的化学计量反应器模块应器模块反应动力学数据未知或不重要，但化学计反应动力学数据

21、未知或不重要，但化学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定产率的反应器规定产率的反应器模块模块化学计量系数和反应动力学数据未知或不化学计量系数和反应动力学数据未知或不重要，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过化学计量系数通过化学计量系数计算实现化学平衡计算实现化学平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过通过Gibbs自由能自由能最小实现化学平衡最小实现化学平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

22、，对化学平衡和相平衡同时发生的反应器，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反应速率控制和平衡反应的单相、两相带反应速率控制和平衡反应的单相、两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反应速率控制的单相、两相或三相平推带反应速率控制的单相、两相或三相平推流反应器流反应器RBatch间歇式反应器间歇式反应器模拟间歇式或半间模拟间歇式或半间歇式反应器歇式反应器带反应速率控制的单相、两相或三相间歇带反应速率控制的单相、两相或三相间歇和半间歇

23、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8.3 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。8.3 化学计量反应器化学计量反应器RStoic8.3 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：8.3 化学计量反应器

24、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。8.3 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 (Re

25、actions)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.)8.3 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相态。8.3 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。8.3 化学计量反应器化学计量反应器RSto

26、ic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8.3 化学计量反应器化学计量反应器RStoic3、反应热、反应热(Heat of Reaction)如果需要计算反应热，可在如果需要计算反应热，可在Heat of Reaction页页面对每个反应规定参考组分，也可选择规定反应热，面对每个反应规定参考组分，也可选择规定反应热，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。8.3 化学计量反

27、应器化学计量反应器RStoic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RStoic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RStoic8.3 化学计量反应器化学计量反应器RStoic4、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8.3 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

28、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IdealIdeal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。RealP,AIdealPASPA8.3 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。n如果所选择的组分由参考组分以外的其它组分如果所选择的组分由参考组分以外的其它组分生成，选择性会生成，选择性会大于大于1；n如果所选择的组分在其它反应中消耗，选择性如果所选择

29、的组分在其它反应中消耗，选择性可能会可能会小于小于0。8.3 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。8.3 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

30、（，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（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。反应反应转化率转化率1-BUTENEISOBUT0.364(1-BUTENE)PROPYLEN+2MET2BUT+1-OCTENE0.04CIS-2BUTIS

31、OBUT0.364(CIS-2BUT)PROPYLEN+2MET2BUT+1-OCTENE0.04TR-2BUTISOBUT0.364(TR-2BUT)PROPYLEN+2MET2BUT+1-OCTENE0.04问：每个反应的反应热是多少？异丁烯对问：每个反应的反应热是多少？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RStoic8.4 产率反应器产率反应器RYieldn产率反应器产率反应器RYield可以模拟化学计量系数和反可以模拟化学计量系数和反应动力学数据未知或不重要的反应，但需要已知应动力学数据未知或不重要的反应，但需要已知反应产物的产率

32、分布反应产物的产率分布。n产率反应器产率反应器RYield只考虑总只考虑总质量平衡质量平衡，能够模，能够模拟单相、两相和三相反应器。拟单相、两相和三相反应器。8.4 产率反应器产率反应器RYield8.4 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：8.4 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.

33、)6、组分映射、组分映射 (Comp.Mapping)8.4 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8.4 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

34、 characterization）用户子程序（用户子程序（User SubroutineUser Subroutine）8.4 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。8.4 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分（Inert

35、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8.4 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页面设置各种结合（页面设置各种结合（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。8.4 产率反应器产率反应器RYiel

36、d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，进料温度为度为750，压力为，压力为0.1013MPa。反应在恒温恒压条件下。反应在恒温恒压条件下进行，温度、压力与进料相同，反应器出口物流中进行，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的流率分别为多少？的流率分别为多少？8.5平衡反应器平衡反应器REquil平

37、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。8.5平衡反应器平衡反应器REquil8.5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：8.5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

38、、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)8.5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8.5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。8.5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

39、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8.5平衡反应器平衡反应器REquil8.5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，

40、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。8.5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，可以规定液沫夹带。液两相时，可以规定液沫夹带。8.5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

41、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？8.6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

42、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。8.6吉布斯反应器吉布斯反应器RGibbs8.6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：8.6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

43、、限制平衡、限制平衡(Restricted Equilibrium)8.6吉布斯反应器吉布斯反应器RGibbs1、模型设定、模型设定(Specifications)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8.6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。8.6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系统中所有的组分都可以是产物以是产物；指定

44、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，所以需要规定以需要规定产物产物的情况：的情况：8.6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；8.6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；8.6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。8.6吉布斯反应器吉布斯反应器RGibbs3、指定物流、指定物流(Assign S

45、teams)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。8.6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页页面规定哪些组分为惰性组分，以及该组分不参加反面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。应的摩尔流率或分率。8.6吉布斯反应器吉布斯反应器RGibbs5、限制平衡、限制平衡(Restricted Equilibrium)可以通过设定可以通过设定整个系统的趋近

46、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。8.6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。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

47、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。8.7 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。n建立新的化学反应对象需要输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

48、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）。）。l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（Coefficient）。）。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

49、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8.7 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8.7 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

50、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：0011expnTEkkTRTT8.7 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8.7 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：Ar动动力力学学因因子子推推动动力力表表达达式式吸吸附附表表达达式式0011expnTEkTRTT动动力力学学因因子子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：8.7 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