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简介
这是多功能反应器ppt，包括了Aspen中的单元操作模型，反应器(Reactors)，适用于反应动力学不知道或不重要的情况等内容，欢迎点击下载。
多功能反应器ppt是由红软PPT免费下载网推荐的一款课件PPT类型的PowerPoint.
Aspen中的单元操作模型
混合器/分流器（Mixers/Splitters）
分离器(Separators)
换热器(Heat Exchangers)
塔(Columns)
反应器(Reactors)
压力变换器(Pressure Changers)
操作器(Manipulators)
固体(Solids)
用户模型(Users)
概念设计(Conceptual Design)
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.
物料平衡的反应器包括两类：
（1）Rstoic
（2）Ryield
（适用于反应动力学不知道或不重要的情况）
RStoic
适用于反应动力学不知道或不重要的情况
要求原子平衡和质量平衡
用于化学平衡数据和动力学数据不知道或不重要的反应器
可以规定或计算在参考温度和压力下的反应热
RStoic规定屏 有七组模型参数
RStoic规定屏
RStoic规定屏中specification设定操作条件和有效相态
（1）操作条件 (Operation Conditions)
压力 (Pressure)
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规定屏中reaction
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规定屏中heat of reaction
设定反应热的计算类型(Calculation type)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规定屏中selectivity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 A→P 一个反应发生时的情况
RYield—产率反应器
用于收率分布已知的反应器
根据每一种产品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
RYield—产率反应器
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。
包括两类REquil（平衡反应器）和RGibbs（Gibbs自由能最小的平衡反应器），都可用于化学平衡和相平衡同时发生的单元操作的模拟。
不考虑反应动力学
该类模块能求解相似的问题，但对于问题的规定不同
允许单个反应能达到严格化学平衡
REquil
通过求解反应平衡方程进而计算化学平衡和相平衡
不能进行三相闪蒸计算
可用于多组分物系、已知一些反应并且仅有较少组分参加反应的情况
REquil规定屏 有四组模型参数
RGibbs(Gibbs自由能最小的平衡反应器）
通过吉布斯自由能最小化来确定在产品吉布斯自由能最小时的产品组成。可模拟单相气相或液相化学平衡、不带化学反应的相平衡、带固体溶液相或化学平衡及同时具有相平衡和化学平衡。
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。
当发生的反应未知，或由于有许多组分参与反应，致使反应数量很多时，该模块非常有用。
RGibbs是唯一能处理固-液-汽相平衡的Aspen Plus模块
RGibbs反应器规定屏 有五组模型参数
RGibbs 基本规定屏
RGibbs规定屏中specification设定操作条件、计算选项和有效相态。
（1）操作条件 (Operation Conditions)
压力 (Pressure)
温度/热负荷/温度改变 (Temperature/Heat duty)
（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
RGibbs规定屏中Product产物
(1) 系统中的所有组分都可以是产物；
RGibbs considers all components as products
(2) 指定可能的产物组分；
Identify possible products
(3) 定义产物存在的相态。
Define phases in which products appear
RGibbs规定屏中Assign Stream。
有两种选择
(1)自动指定出口物流相态；
RGibbs assigns phases to outlet streams
(2)使用关键组分和截尾摩尔分率指定出口物流相态；
Use key components & cutoff mole fraction to assigns phases to outlet streams
RGibbs反应器规定屏—惰性物
指定不参加化学反应平衡的惰性组分(Inerts)及其不参加反应的摩尔流量(Mole flow)或分率(Fraction)
RGibbs反应器规定—限制平衡
有两种选择
（1）设定整个系统的趋近平衡温度
Entire system with temperature approach
（2）指定各个化学反应趋近平衡的温度
Individual reaction
RGibbs反应器规定—限制平衡
有两种选择
（1）设定整个系统的趋近平衡温度
Entire system with temperature approach
RGibbs反应器规定—限制平衡
有两种选择
（2）指定各个化学反应趋近平衡的温度
Individual reaction
动力学反应器包含三类
（1）全混釜反应器（RCSTR）
Continuous Stirred Tank Reactor
（2）平推流反应器（RPlug)
Plug Flow Reactor
（3）间歇釜式反应器 （RBatch)
Batch Stirred Tank Reactor）
动力学反应器因为考虑了反应动力学， 所以必须对其进行定义。动力学可以用一个内置模型定义， 或用一个用户子程序定义，现有的内置模型是：
幂律模型（Power Law）
Langmuir-Hinshelwood-Hougen-Watson
(LHHW)
反应催化剂的反应系数可以为零。
反应通过“反应 ID”规定。
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系，计算所需的反应器体积和反应时间，以及反应器热负荷。
RCSTR
当反应动力学已知且反应器内物料性质与反应器出口完全相同时采用该反应器；
允许任意数目的进料流股，所有进料流股在反应器内完全混合；
最多允许三个产品流股：气相、液相1、液相2或者气相、液相、自由水；
当给定反应温度时可计算反应器热负荷，或在给定热负荷条件下计算反应温度；
可同时计算多个以速率为基础的化学反应。
RCSTR基本规定屏
RCSTR模型参数设定有两组模型参数
操作条件 (Operation Conditions)
1) 压力 (Pressure)
2) 温度/热负荷(Temperature/Heat Duty)
持料状态 (Holdup)
1) 有效相态 (Valid Phases)
2) 设定方式 (Specification Type)
RCSTR模型参数持料状态 (Holdup /Specification Type设定方式有7个可选项
（1）反应器体积 (Reactor Volume)
只需输入反应器的体积。
（2）停留时间 (Residence Time)
只需输入物料在反应器中的平均停留时间。
RCSTR模型参数持料状态 (Holdup /Specification Type设定方式有7个可选项
（3）反应器体积和相体积 (Reactor Volume & Phase Volume)
必须输入反应器体积、气相 (Vapor phase) 或凝聚相 (Condensed phase)所占的体积。
RCSTR模型参数持料状态 (Holdup /Specification Type设定方式有7个可选项
（4）反应器体积和相体积分率
(Reactor Volume & Phase Volume Fraction)
必须输入反应器体积和气相/凝聚相所占的体积分率。
RCSTR模型参数持料状态 (Holdup /Specification Type设定方式有7个可选项
（5）反应器体积和相停留时间
(Reactor Volume & Phase Residence Time)
必须输入反应器体积和气相/凝聚相在反应器中的停留时间。
RCSTR模型参数持料状态 (Holdup /Specification Type设定方式有7个可选项
（6）停留时间和相体积分率
(Residence Time & Phase Volume Fraction)
必须输入物料在反应器中的总平均停留时间和气相/凝聚相所占的体积分率。
RCSTR模型参数持料状态 (Holdup /Specification Type设定方式有7个可选项
（7）相停留时间和体积分率
(Phase Residence Time & Volume Fraction)
必须输入气相/凝聚相在反应器中的停留时间和所占的体积分率。
RCSTR模型参数出口物流stream
RCSTR如果连接了二股或三股出口物流，则应在
Streams表单中设定每一股物流的出口相态
RCSTR模型参数Reaction反应的选择
RCSTR 中的化学反应通过选用预定义的化学反应对象来设定
REACTION模块用途：
为动力学反应器模块和RadFrac 模块提供反应的计量关系、平衡关系和动力学关系。
化学反应创建——选择对象类型
创建化学反应对象时，需赋予对象ID和选择对象类型。对于小分子反应，常用的类型有三种：
（1）LHHW 型
(Langmuir-Hinshelwood-Hougen-Watson)
（2）幂律型 (Power Law)
（3）反应精馏型 (Reac-Dist)
化学反应创建——选择对象类型
创建化学反应对象时，需赋予对象ID和选择对象类型。对于小分子反应，常用的类型有三种：
（1）LHHW 型
(Langmuir-Hinshelwood-Hougen-Watson)
（2）幂律型 (Power Law)
（3）反应精馏型 (Reac-Dist)
化学反应创建——反应设定
每一个化学反应对象可以包含多个化学反应，每个反应都要设定计量学参数和动力学参数/平衡参数。
（1）计量学参数(Stoichiometry)
（2）动力学参数 (Kinetic)
（3）平衡参数 (Equilibrium)
化学反应创建——反应设定
（1）计量学参数(Stoichiometry)
在计量学表单中为每一个化学反应创建一个对象，并选择对象类型为动力学 (Kinetic)或平衡 (Equilibrium)型。输入反应方程式中的化学计量系数(Coefficient)，对于幂律型反应对象，还要输入动力学方程式中每一个浓度因子的幂指数(Exponent)。
化学反应创建——反应设定
（2）动力学参数 (Kinetic)
在动力学表单中为每一个化学反应输入发生反应的相态、动力学参数以及浓度基准。
幂律型：反应动力学因子(Kinetic factor)即反应速率常数 k’，它与温度的关系用修正的Arrhenius方程表示。
化学反应创建——反应设定
（2）动力学参数 (Kinetic)—浓度基准( [Ci] basis)有以下几种
摩尔浓度 (Molarity) ， kmol/m3
质量摩尔浓度 (Molality) ， mol/kg water
分压 (Partial pressure) ， Pa
质量浓度 (Mass Concentration) ， kg/m3
摩尔分率 (Mole fraction) ， —
质量分率 (Mass fraction) ， —
反应 ID规定
反应ID被设置为对象， 独立于反应器， 并且在反应器中被引用
单个反应ID可以在任意个动力学反应器(RCSTR， RPlug 和 RBatch)中引用
一个反应器模块中可引用多个反应系列
每个反应ID都可有多个加成和/或分解反应
反应 ID的建立方法：/Reactions/Object Manager
点击New建立新的反应ID
规定ID名称并指定反应类型
表中规定反应数据
性质：
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。
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。
RPLUG
只能处理以速率为基础的化学反应
允许一个冷却流股
必须规定反应器长度及直径
RPLUG
RPLUG 模块有四组模型参数
(1) 模型设定 (Specifications)
(2) 反应器构型 (Configuration)
(3) 化学反应 (Reactions)
(4) 压力 (Pressure）
RPLUG 模块—模型设定 (Specifications)
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：
进料温度下的恒温 (Constant at inlet temperature)
指定反应器温度 (Constant at specified reactor temperature)
温度剖形 (Temperature Profile)，指定沿反应器长度的温度分布
RPLUG 模块—模型设定 (Specifications)
设定反应器类型，共有五种类型
(2)绝热反应器（ Adiabatic Reactor)
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(Reactor with constant coolant temperature)
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)
RPLUG 模块—模型设定 (Specifications)
设定反应器类型，共有五种类型
(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
采用这两种类型需在流程图中连接冷却剂物流，并在反应器类型下拉框中选择相应的类型，在操作条件栏中输入传热系数 U 和冷却剂出口温度(Coolant outlet temperature)或蒸汽分率(Coolant outlet vapor fraction)。
RPLUG 模块—反应器构型(Configuration）
反应器构型表单中需要输入的项目有
单管或多管反应器(Multitube reactor)
反应管的根数(Number of tubes)
反应管的长度(Length)和直径(Diameter)
反应物料(Process stream)有效相态
冷却剂(Coolant stream)有效相态
RPLUG 模块—压力 (Pressure）
反应器压强表单中需要输入的项目有
反应器进口压强(Pressure at reactor inlet)
反应物料(Process stream)压强
冷却剂(Coolant stream)压强
反应器压降(Pressure drop through reactor)
反应物料(Process stream)压降
冷却剂(Coolant stream)压降
RBATCH
只能处理以速率为基础的动力学反应
可允许任意数目的连续或延迟进料流股
过程的持续时间可以通过停止判据、周期时间和结束时间（result time）来规定
流程中使用集液罐连接稳态流股
无需为反应指定反应热
反应热通常按反应器入口和出口流股的焓差计算
如果用户有的反应热数值和Aspen Plus 计算出的反应热数值不匹配，则可以调整一个或多个组分的生成热 (DHFORM)， 使用户的反应热数据和计算的反应热数据相匹配
在RStoic 反应器中，可以规定或计算参考温度、压力下的反应热
【例题1】对比不同类型反应器的使用
【例题1】对比不同类型反应器的使用
【例题1】对比不同类型反应器的使用
【例题1】对比不同类型反应器的使用
目的:创建一个流程来模拟环己烷生产过程
环己烷可以用苯加氢反应得到，反应如下:
C6H6 + 3 H2 = C6H12 苯 氢气 环己烷
在进入固定床反应器前，苯和氢气进料与循环氢气和环己烷混合。 假设苯转化率为 99.8%。
反应器出料被冷却，轻气体从产品物流中分离出去。 部分轻气体作为循环氢气返回反应器。
从分离器出来的液体产品物流进入蒸馏塔进一步脱除溶解的轻气体，使最终产品稳定。部分环己烷产品循环进入反应器，辅助控制温度。
例题2—苯的高温分解
苯高温裂解脱氢制联苯（C12H10， diphenyl)。反应式如下
1 主反应 C6H6←→0.5C12H10+0.5H2
2 副反应 C6H6+C12H10←→C18H14+H2
以符号表示各物质：
A= C6H6; B=C12H10 ; C=C18H14; D=H2
0.0682bmol/h液相苯蒸发，加热到反应温度后进入活塞流反应器进行裂解反应。P=1atm，T=1400 0F
反应器尺寸：L=37.5in、D=0.5 in（1in=2.54cm）。求出口产物浓度，并分析苯及联苯在反应器内的浓度分布。
例题2—苯的高温分解
试用RPlug模块模拟该反应，并绘制各组分浓度分布图。可将气体近似认为理想气体，热力学方程为SYSOP0。 SYSOP0为ASPEN Plus 内置的关于气相和液相的理想状态方程。具体数据见下页。
C18H14 ， M-TERPHENYL， 92-06-8
反应速率方程(下标1为主反应，2为副反应）
反应速率常数
平衡常数
参考值
动力学常数指前因子k的单位是以国际单位定义的，即kmol/(s.m3.Pa2)。根据题目给出的公式计算出相应的指前因子。E [cal/mol]
反应1正向： k=3.235E-06; E=30190
反应1逆向： k=1.0205E-05; E=30190
反应2正向： k=3.7545E-06; E=30190
反应2逆向： k=7.9844E-06; E=30190
计算结果
查看反应器内的浓度级温度分布规律？
模拟过程中注意：
1）动力学常数指前因子k的单位是以国际单位定义的，即Kmol/(s.m3.Pa2)。根据题目给出的公式计算出相应的指前因子。
2 ）反应设计的相态选择vapor
3） 【Ci】basis选择Partial pressure;
4） 涉及到的2个可逆反应均按照正反应和逆反应分别定义，即共有4个反应。
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