化学反应工程三级项目
学 院：环境与化学工程学院专 业：** 姓名：学 号：** 教师：
化 工 工 艺 * * * ************ * * *
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化学反应工程三级项目任务书
学院：环境与化工学院 系级教学单位：化工系 学生 专 业 学 110110010019 王向阳 11-化工工艺 姓名 班 级 号 题 目 题目名称 题目性质 Aspen Plus软件应用与示例计算 理论研究 1.反应器的选型； 主 要 内 容 基 本 要 求 参 考 资 料 写出2000字的报告；报告主体应有反应器基本原理、参数设定、计算过程及计算结果输出、结果与讨论。 1.《化学反应工程》第三版 陈甘棠 化学工业出版社 2. 《化工流程模拟实训--Aspen Plus教程》孙兰义 化学工业出版社 系级教学单位审批： 年 月 日 2.输入输出物料参数的设定； 3.物性方法的选择； 4.计算收敛过程优化； 5.计算结果输出； 6.项目报告 指导教师：李建军 职称：副教授 说明：如计算机输入，表题黑体小三号字，内容五号字。
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一、反应器选型
Aspen Plus根据不同的反应器形式，提供了三大类七种不同的反应器模块。 1.生产能力类反应器： 1.1化学计量反应器：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。 1.2产率反应器：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。
2.热力学平衡类反应器：
2.1平衡反应器：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：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。 2.2吉布斯反应器：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：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。
3.化学动力学类反应器：
3.1全混釜反应器：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系，计算所需的反应器体积和反应时间，以及反应器热负荷。
3.2平推流反应器：反应器内完全没有返混。可模拟单、两、三相的体系。只能处理动力学控制反应。可模拟换热夹套。
用途：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。
3.3间歇釜反应器：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：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。
二、反应器基本原理
反应器计算的主要任务是根据给定的生产任务，在一定条件下，计算反应器所需的体积，并以此作为确定反应器其他尺寸的主要依据。计算的方法主要是寻找生产规模化学反应的转化率与工艺条件的关系，其次是在计算转化率的基础上计算反应器的体积。
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在化学反应过程中伴随着三传过程，三传过程直接影响反应速率，在反应器计算时必须考虑动量衡算、物料衡算、热量衡算。在流体通过反应器前后的压差变化不大时，可以不考虑动量衡算。
三、输入输出物料模型参数设定
1、RStoic —— 模型设定 设定操作条件和有效相态：
（1）操作条件 (Operation Conditions)
① 压力 (Pressure)；② 温度/热负荷 (Temperature/Heat duty) （2）有效相态 (Valid Phases)
汽 / 液 / 固 / 汽-液 / 汽-液-液/ 液-游离水 / 汽-液-游离水 2、RYield —— 模型设定
模型设定包含操作条件设定和有效相态设定： （1）操作条件 (Operation Conditions) ① 压强；② 温度/热负荷/温度改变 （2）有效相态 (Valid Phases)
汽 / 液 / 固 / 汽-液 / 汽-液-液/ 液-游离水 / 汽-液-游离水 3、REquil —— 模型设定
模型设定包含操作条件设定和有效相态设定： (1) 操作条件 (Operation Conditions) ① 压力；② 温度/蒸汽分率/热负荷 (2) 有效相态 (Valid Phases)
汽 / 液 / 固 / 汽-液 / 汽-液-液/ 液-游离水 / 汽-液-游离水 4、RGibbs —— 模型设定
模型设定包含操作条件、计算选项和相态设定： (1) 操作条件 (Operation Conditions) ① 压力；② 温度/热负荷 (2) 计算选项 (Calculation Options)
仅计算相平衡/同时计算化学平衡和相平衡/是否限制化学平衡 (3) 相态 (Phases)
输入存在的相态数。 5、RCSTR—— 模型设定
(1) 操作条件 (Operation Conditions)
① 压力 (Pressure)；② 温度/热负荷(Temperature/Heat Duty) (2) 持料状态 (Holdup)
① 有效相态 (Valid Phases)；② 设定方式 (Specification Type) 6、RPlug — 模型设定
设定反应器类型，共有五种类型：
(1)指定温度的反应器 (Reactor with specified temperature)，有三种方式设定操 作温度：
① 进料温度下的恒温 (Constant at inlet temperature)
② 指定反应器温度 (Constant at specified reactor temperature) ③ 温度剖形 (Temperature Profile)，指定沿反应器长度的温度分布
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(2)绝热反应器
只需在反应器类型下拉框中选择Adiabatic Reactor即可。 (3)恒定冷却剂温度的反应器
在反应器类型下拉框中选择(Reactor with constant coolant temperature) ； 在操作条件栏中设定传热系数(U coolant-process stream)和冷却剂温度 (Coolant temperature)。
(4)与冷却剂并流换热的反应器 (Reactor with co-current coolant)
(5)与冷却剂逆流换热的反应器 (Reactor with counter-current coolant) 7、RBatch — 模型设定
模型设定包含操作设定、压力设定和有效相态
四、示例计算及其结果
Requil---示例：
由甲醇生产氢气的反应如下：
CH4O2H2+CO; CO+H2OH2+CO2进料流率为100kmol/h，其中甲醇与水的摩尔比为1:4，进料温度为232℃，压力为0.1013MPa，物性方法选用PENG-ROB。当反应达到平衡时，产品的流率为多少？反应热负荷是多少？
1.画出反应器模型和进出料口
2、选择物性方法PENG-ROB
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3.在对应的空格内填写进料的温度、压力和反应物的进料流量
4.填写反应的温度和压力，选择反应器内的相态
5.写出反应方程式
6.所有参数填写完成后，计算得出结果（反应物和生成物的摩尔流量及反应的热负荷）
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Rplug---示例：
两股进料混合后进入反应器，进料氯气(Cl2):T1=200℃，P1=0.2026MPa,F1=0.077kmol/h，进料丙烯（C3H6）: T2=200℃，P2=0.2026MPa,F2=0.308kmol/h。反应器管长7.62m,内径50.8mm，压降为0,传热系数U=24.412kcal/(h·m2·K) ，用180kg/h的水作为冷却剂与反应器逆流换热，对于水的进料温度可以设定初值为80℃。压力为0.1013MPa，规定水的出口温度为90℃。物性方法选用IDEAL。求冷却水的进口温度，产品的温度以及产品中氯丙烯（C3H5Cl）和1,2-二氯丙烷（C3H6Cl2）的流率各是多少？以及温度，产物随管长的变化图。
反应式和指数型动力学方程如下（其中动力学参数已英制单位为基准，浓度为摩尔浓度，反应相态为气相）
Cl2C3H6C3H5ClHCl272006R11.510exp()[Cl2][C3H6]RTCl2C3H6C3H6Cl26860 R290.46exp()[Cl2][C3H6]RT
1.画出反应器模型和物料的进出路线
2.填写反应中涉及的化学物质
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3.设置物性方法
4.分别设置各物料的进料状况（依次为丙烯、氯气、水）
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5. 设置混合反应器中的相态
6. 设置反应器的传热系数和冷却剂的出口温度
7. 设置平推流反应器的参数
8.列出方程式
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9.设置两个反应的动力学方程和相态
10. 计算并得出结果
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温度随管长变化图
产物随管长变化图
五、结果与讨论
Aspen Plus是一个生产装置设计、稳态模拟和优化的大型通用流程模拟系统。Aspen Plus是大型通用流程模拟系统，它具有完备的物性数据库，集成能力强，并且它的功能十分强大，它几乎内建了所有化工过程所涉及的原理公式。
我认为学好这个软件需要以下经验与能力： 1. 应具有深厚的理论基础。
2. 对目标模拟体系要有一定的了解，这样可以更好地设置参数。 3. 熟悉软件，会熟练地使用Aspen Plus软件。
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