第10讲反应器单元的仿真设计一.ppt
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1、CAPD基础 第十讲,Simulation Design of Chemical Reactors 反应器单元的仿真设计 (一),反应器模块的类别,生产能力类反应器(2种) 热力学平衡类反应器(2种) 化学动力学类反应器(3种),分为三大类七种反应器:,反应器模块的类别(2),生产能力类反应器,1、化学计量反应器(RStoic) Stoichiometric Reactor 2、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。,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
2、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。,RStoic化学计量反应器(2),RStoic 连接,RStoic 模型参数,RStoic 模块有七组模型参数:,1、模型设定 (Specifications) 2、化学反应 (Reactions) 3、燃烧 (Combustion) 4、反应热 (Heat of Reaction) 5、选择性 (Selectivity) 6、粒度分布 (PSD) 7、组分属性 (Component Attr.),RStoic 模型设定,设定操作条件和有效相态:,1、操作条件 (Opera
3、tion 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,RStoic 模型设定(2),RStoic 化学反应,定义RStoic中进行的每一个化学反应的编号、化学计量关系、产物生成速率或反应物转化率。并指明计算多个反应的转化率时是否按照串联反应方式计算。,RStoic 化学反应(2),RStoic 化学反应(3),RStoic 反应热,设定反应热的计算类型(Calculation typ
4、e) 和参照条件(Reference condition) : 1、不计算反应热 (Do not calculate heat of reaction) 2、计算反应热 (Calculate heat of reaction) 3、用户指定反应热 (Specify heat of reaction),RStoic 反应热,RStoic 选择性,计算对于选定组分的选择性,其定义为:,P代表选定组分 (selected) P的生成摩尔数; A代表参照组分 (reference) A的消耗摩尔数; real 代表反应器内的实际情况; ideal 代表只有 AP 一个反应发生时的情况。,RStoic
5、选择性(2),RStoic 示例(1),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14,流量为100 kmol/hr。 若反应在恒压及等温条件下进行,系统总压为0.1013 MPa,温度为750 ,当反应器出口处CH4转化率为73%时,CO2和H2的产量是多少?反应热负荷是多少?,RStoic 示例(2),反应和原料同示例(1),若反应在恒压及绝热条件下进行,系统总压为0.1013 MPa,反应器进口温度为950 ,当反应器出口处CH4转化率为73%时,反应器出口温度是多少?,RStoic 示例(3),在示例(1)中增加甲烷部分氧化反应如下式:,并在原料气中加入15
6、 kmol/hr的氧气。若上述两个反应中CH4转化率均为43%时, 产品物流中CO、 H2O、CO2 和H2的流量各是多少?如果将反应设为串联进行,上述流量又各是多少? 以上两个反应的反应热各是多少?,RYield产率反应器,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。,RYield产率反应器(2),RYield 连接,RYield 模型参数,RYield 模块有六组模型参数:,1、模型设定 (Specifications) 2、产率 (Yield) 3、闪蒸选项 (Flash Options
7、) 4、粒度分布 (PSD) 5、组分属性 (Comp. Attr.) 6、组分映射 (Comp. Mapping),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,RYield 模型设定(2),RYield 产率,产率设置有四个选项: 1、组分产率 (Component yields) 2、组分映射 (Component mapping) 3
8、、石油馏分表征 (Petro characterization) 4、用户子程序 (User subroutine),RYield 产率(2),RYield 组分产率,选择组分产率选项时,需指定相对于每一单位质量非惰性进料而言,各种组分在出口物流中的相对产率。 还可以设定进料中的某些组分为不转化为产物的惰性组分(Inert Components)。,RYield 组分产率(2),RYield 组分映射,选择组分映射选项时,需在Comp. Mapping表单中设置各种结合(Lump)反应和分解 (De-lump)反应所涉及的组分之间的定量关系。,RYield 组分映射(2),RYield 示例(
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- 10 反应器 单元 仿真 设计
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