ChemCAD教程二
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chemCAD课件资料
单物料换热器工艺设计步骤-4
热力学基础知识
气相：理想气体： 真实气体：SRK、PR、CS、API S、BWRS、GS、MBK
液相：状态方程：SRK、PR、CS、API S、BWRS、GS、MBK 活度系数方程：正规溶液：Van Laar，Margule，MSRK、RS 无热溶液：Wilson、NRTL、UNIQUAC、UNIFIC 电解质溶液：Amine(MEA,DEA脱气)，Sour water(水溶解酸性气或 NH3)、PPAQ(电解质体系) 特殊体系：Henry’s Gas Law，TSRK(甲醇系统)，TEG(三乙二醇对 烃脱水)，Flor-Huggins(聚合物)
公用工程校核 输入以下用于公用工程校核（设计型忽略）
单物料换热器工艺设计步骤-6
估价模式（管壳式、 蒸发器、空冷器、 套管式） 换热器形式（两端 固定、釜式再沸器、 U形管式） 蒸发器形式（强制 循环、长管式、降 膜式）
设备估价
单物料换热器工艺设计步骤-7
第七步，运算
注意提示框信息
单物料换热器工艺设计步骤-8
用户已有四千多家
前
chemCAD能做什么
言
第一章 换热器
chemCAD换热器设计 工艺模拟
设计： 热负荷 换热面积 物料出口状态 公用工程量 分段换热细节 校核： 换热器传热效率
设备设计
直径 长度 折流板 换热管 进出口
优化分析
振动分析 优化设计 逐区域分析
换热器分类
换热器（Heat Exchange） 管壳式（Shell &Tube） 板式（Plate） 套管式（Double） 空冷器（Air Cooler） 加热炉（Fired heater） （LNG Heat Exchange ）
CHEMCAD 操作手册
CHEMCAD 的其它特点
➢ 强大的计算和分析功能 可以求解几乎所有的单元操作，对非常复杂的 循环回路也可以轻松处理； 可以指定断裂流股，可以通过RUN 指令方便地 控制计算顺序，这对全流程模拟的收敛非常有 利，可以加速循环的收敛； 自动计算功能具备先进的交互特性，允许用户 不定义物流的流率来确定物流的组成； 具有先进的优化和分析功能。灵敏度分析模块 可以定义2 个自变量和多至12 个因变量，优化 模块可以求解有10 个自变量的函数最值。
UNIFAC 方程
是基于估算活度系数的基团分布法，它有如下的优 点和缺点：
PSRK 方程
是一个预测性模型，它试图把UNIFAC 和SRK 方 法的最好性能相结合，故而PSRK 方程能处理像包 括两个液相的正规溶液那样的非理想系统。 准确性对非理想溶液在低压下与UNIFAC 相当， 而在高压下则明显地更好。
➢方便地进行各种主要设备的核算和设计。 ChemCAD 还提供了设备价格估算功能， 用户可以对设备的价格进行初步估算。
操作优化 ➢ 改进工厂操作、提高产品产率以及减
少能量消耗的有力工具
➢ 确定在原料、产品要求和环境条件发 生变化时操作条件应该发生的变化
技术改造
➢ ChemCAD 也可模拟研究工厂合MCAD 的其它特点
➢ 作业和工况管理方便 用户可以方便地恢复、拷贝或删除流程； 对每个项目，可输入帐号和一些描述性语言； 可以记录每个项目所花费的时间； 每一个作业只对应于一个文件。
➢ 使用灵活： 可以定义新增组分、图标和符号， 用户也可以利用简单的计算机语言建立自己的设备模 型和计算程序。 多用户可以在不同的目录中定义自己的组分、图标和 符号，互不干扰。
➢ 支持动态模拟：动态蒸馏模拟CC-DCOLM，动态 反应器模拟CC-ReACS，间歇蒸馏模拟CC-Batch 等。
《ChemCAD与化工过程模拟》课程教学大纲
《ChemCAD与化工过程模拟》教学大纲一、说明（一）本课程的目的、要求学生在完成化工工艺学、化工原理、化工热力学、化工设备、CAD制图等理论及实践课程的基础上，进行本课程的学习。
《ChemCAD与化工过程模拟》是化工专业的拓展课程，本专业技能的训练主要通过对CHEMCAD 流程模拟软件的学习和运用，让学生熟悉CHEMCAD 流程模拟软件的界面和使用环境，了解该软件的基本功能，通过一些模拟应用实例练习达到掌握建立过程模型的方法及初步掌握该过程模拟软件的使用方法，培养学生综合运用化工专业基础知识和实践技能的水平和能力，培养发现问题、分析问题、解决问题和创新思维能力。
计算机过程模拟技术在化学工业各领域广泛得到采用，计算机模拟应用软件是一个可广泛应用于化学化工行业各领域中的工艺过程，是工程技术人员用来对连续、半连续或间歇操作单元进行物料平衡和能量平衡核算的有力工具，通过运算模拟装置的稳态或动态运行，为工艺开发、工程设计以及操作优化提供理论指导。
通过本课程的学习，要求学生学会运用化学反应、化工热力学、动力学等基本理论知识，具体分析各类典型的反应过程，掌握化工工艺流程组织的一般规律，认识化学加工工业的共性特征，培养综合应用相关基础科学知识, 处理化学工业实际问题的能力。
培养学生应用已学过的基础理论解决工程实际问题的能力，重在培养学生的化工工艺意识、工程观点和实际分析、解决问题的能力。
（二）内容选取和实施中注意的问题《ChemCAD与化工过程模拟》是化工专业选修拓展课程，总共32学时。
课程内容主要集中在利用ChemCAD过程模拟软件在化工过程中的应用展开，尤其是其在化工的设计过程、操作过程的优化等进行，注重实践环节。
教师有针对性的要求学生完成相关实践案例的作业，培养学生分析问题和解决问题的能力，使学生逐步学会利用ChemCAD过程模拟软件进行一些化工过程的模拟、分析、优化等，同时要重视培养学生的独立思考、创新和自学能力。
ChemDraw教程(很全)
单瓣型轨道
dz2-轨道
s-轨道 杂化轨道
p-轨道
s-轨道的绘制
选择轨道
定位原子
点击或 向外按动
单瓣型轨道的绘制
选择轨道
定位原子
点击或 向外按动
p-轨道及杂化轨道的绘制
选择轨道
定位原子
点击或 向外按动
环正、负电荷
5.2 化学符号 孤对电子
H-点
一般正、负电荷
H-划 自由基 阴、阳离子
H-点：表示沿Z轴向平面外伸出的氢 H-划：表示沿Z轴向平面里进入的氢
四、Fischer葡萄糖结构图 建立与五连键垂直的水平键
四、Fischer葡萄糖结构图 在原子上定位建立标记
五、透视图形
CH2OH
O OH
OH
OH
OH
五、透视图形
旋转指示箭头
选择环己烷
旋转环己烷
在原子上定位建立标记
五、透视图形
按Alt键，任意键长
添加垂直键
五、透视图形
选择套索工具，阴影右下脚按Shift键
一、反应方程式 依次输入文本信息
一、反应方程式 选择阴影框
将反应方程式全部罩上
二、绘制中间体结构
O OH
二、绘制中间体结构 选择环己烷以建立六员环模型
选择橡皮，擦去六员环一部
二、绘制中间体结构
选择单键定位
连续单击生成新的单键 单击单键中央，生成双键
二、绘制中间体结构 在原子上定位建立标记
ChemDraw 起始界面
常用术语
点位：移动鼠标直到鼠标的光标放到所要进行操作的位置， 如果选择的位置在图形结构中的键、原子、线等的上面， 一般出现黑方块，称之为光标块，选择块或操作块。
CheMDrAW经典使用教程介绍
56
第一部分 ChemDraw简介
二、绘制中间体结构
定位拖动鼠标左键
定位单击生成曲线箭
按Esc键退出绘制模式
57
第一部分 ChemDraw简介
二、绘制中间体结构
单击箭头
用小手形光标移动 造另一虚线
58
第一部分 ChemDraw简介
二、绘制中间体结构
小手形光标 选中虚线柄
拖动改变 虚线箭形状
按Esc键
建立与五连键垂直的水平键
67
第一部分 ChemDraw简介
四、Fischer葡萄糖结构图
在原子上定位建立标记
68
第一部分 ChemDraw简介
五、透视图形
CH2OH OH OH O OH OH
69
第一部分 ChemDraw简介
五、透视图形
旋转指示箭头
选择环己烷
旋转环己烷
在原子上定位建立标记
70
三、复杂环结构
在原子上定位建立标记
64
第一部分 ChemDraw简介
四、Fischer葡萄糖结构图
CHO H HO H H OH H OH OH CH2OH
65
第一部分 ChemDraw简介
四、Fischer葡萄糖结构图
选择键工具；连续单击生成五连键
66
第一部分 ChemDraw简介
四、Fischer葡萄糖结构图
21
第一部分 ChemDraw简介
模板工具
RNA模板工具
22
第一部分 ChemDraw简介
特殊符号模板工具
模板工具
立体中心模板工具
23
第一部分 ChemDraw简介
快捷键
命令
灰色表 示命令 未激活
第一部分 ChemDraw简介
二、绘制中间体结构
定位拖动鼠标左键
定位单击生成曲线箭
按Esc键退出绘制模式
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第一部分 ChemDraw简介
二、绘制中间体结构
单击箭头
用小手形光标移动 造另一虚线
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第一部分 ChemDraw简介
二、绘制中间体结构
小手形光标 选中虚线柄
拖动改变 虚线箭形状
按Esc键
建立与五连键垂直的水平键
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四、Fischer葡萄糖结构图
在原子上定位建立标记
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五、透视图形
CH2OH OH OH O OH OH
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五、透视图形
旋转指示箭头
选择环己烷
旋转环己烷
在原子上定位建立标记
70
三、复杂环结构
在原子上定位建立标记
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第一部分 ChemDraw简介
四、Fischer葡萄糖结构图
CHO H HO H H OH H OH OH CH2OH
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第一部分 ChemDraw简介
四、Fischer葡萄糖结构图
选择键工具；连续单击生成五连键
66
第一部分 ChemDraw简介
四、Fischer葡萄糖结构图
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第一部分 ChemDraw简介
模板工具
RNA模板工具
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第一部分 ChemDraw简介
特殊符号模板工具
模板工具
立体中心模板工具
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第一部分 ChemDraw简介
快捷键
命令
灰色表 示命令 未激活
CHEMCAD入门2011-wwy2
魏文韫 weiwenyun@
CHEMCAD能做什么？
CHEMCAD 提供强大的计算模拟功能，可建立与现场装置吻合 的数据模型，通过运算模拟装置的稳态或动态运行，为工艺开发 、工程设计以及优化操作和技术改造提供理论指导
用于工业流程模拟计算 炼油工业、石化工业、天然气加工、工业 安全、生化工业、污染防治、清洁生产… 单元操作 换热器、精馏、吸收、萃取、过滤、干燥… 热力学计算
物性数据包 热平衡和相平衡计算方法 30多种“K”值计算方法、13种焓值计算 方法
PFD图 …
A5
SCU.CE MPFL 2013-7-12
四川大学化工学院
魏文韫 weiwenyun@
CHEMCAD工作界面
标题栏 菜单栏 工具栏
状态栏
A6
SCU.CE MPFL 2013-7-12
四川大学化工学院
魏文韫 weiwenyun@
魏文韫 85408116 weiwenyun@
A1
SCU.CE MPFL 2013-7-12
四川大学化工学院
魏文韫 weiwenyun@
化学工程与工艺
动量 传递
化工
反应 工程
热量 传递
质量 传递
沸腾 冷凝 区域分析
A32
SCU.CE MPFL 2013-7-12
四川大学化工学院
魏文韫 weiwenyun@
管壳式换热器计算实例
问题： 把如下组分混合蒸汽从82℃冷却到54℃，设计分凝管壳式 冷凝器。假定如下。
混合蒸汽量 6100kg/h 操作压力 11.6kgf/cm^2（绝压） 冷却水温度 进口：27℃；出口：43℃ 组成如下：来自1.应用范围:Re、Pr
chemCAD课件陈立宇
变换反应和甲烷 化反应的平衡数 据和反应计量系 数软件中均有， 并且默认为气相 反应，不需要输 入平衡常数等。
反应相态 液相反应 气相反应 液相反应，出口为 气液两相 气相反应，出口为 气液两相
其中A= -29.3014，B= 26248.4
2.4平衡反应器-5
第六步，输入反应器参数（可以有多个计算模型，先选择固定转化率，绝热） 计算模型 1固定转化率：填写转化率数据 根据转化率计算，不需要平衡数据（变 换反应、甲烷化反应不适用）
第五步，输入反应原料 反应：甲醇脱水生产二甲醚 方程式：2CH3OH→CH3OCH3+H2O 转化率：70%选择性：100% 设计任务：10万t/a 反应条件：180℃，0.8-1MPa
100000 × 1000 2 × 32 w= × = 25000 ������������ ℎ = 400 ������������������������ ℎ 8000 × 0.7 46
chemCAD化工过程模拟 快速入门篇-2
西北大学 陈立宇 2012年
内容介绍
前言 第一章.换热过程 第二章.反应过程 第三章.分离过程 第四章.机泵及其他
第二章 反应器
chemCAD反应过程 工艺模拟及计算
设计： 出口组成以及性质 物料中各组分含量 反应热
设备设计
直径 长度 体积
2.1反应器分类
2.3化学计量反应器-1
第一步：设计流程
反应器物料一进一出
2.3化学计量反应器-1
chemCAD5.0允许一进多出 规定：第一出口为气体 第二第三出口为液体
2.3化学计量反应器-2
第 二 步 ： 单 位 第 三 步 ： 输 入 化 合 物 第 四 步 ： 热 力 学 公 式
chemcad-第二课
2.2 模拟反应过程
• 2.2.3 Gibbs反应器
– 2NO+O22NO2 – 1.013x105Pa, 20C – 进气组成(Mole frac)
• • • • • NO 10% NO2 1% O2 9% N2 80% 进气量 0.6m3/h
出口组成?
2.2 模拟反应过程
• 2.2.3 Gibbs反应器
– 问题需求
• • • • C6H5CH3+H2C6H6+CH4 原料处理量 2kmol/h，摩尔比率1:1 经换热器后温度为800℃，等温进行 甲苯为关键组分，转化率为95%
– 需解决问题
• SRK • 反应器出口流股的组成及性质 ？？？
2.2 模拟反应过程
• 2.2.1 化学计量系数反应器
序号 1 2 Unit Heat Exchanger #1 Stoichiometric Reactor #2
2.2 模拟反应过程
• 2.2.1 化学计量系数反应器
– 凶猛点击 – 查看结果
• ReportSet Flow Units 设置单位 • ReportStream CompositionsAll streams
– 工作区弹出新窗口 – 此新窗口相应的菜单选项改变
2.2 模拟反应过程
• 2.2.1 化学计量系数反应器
– PlotUnitOP PlotsHeat curve
• • • • 输入进入换热器流股编号 点OK 合理选择选项 弹出新窗口，自动绘制换热曲线
2.2 模拟反应过程
• 2.2.1 化学计量系数反应器
– PlotUnitOP PlotsHeat curve
2.2 模拟反应过程
• 2.2.1 化学计量系数反应器
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出口运动； • 径向混合均匀，即在垂直于流体流动方向的任何界面上，
浓度和温度均一； • 在流体流动方向上，不存在流体的混合，即不存在返混。
ChemCAD为平推流反应器提供了五种热方式： • 给定反应温度，计算热负荷； • 绝热操作，计算温度； • 给定热负荷，计算温度； • 给定温度的分布； • 规定公用工程条件。
1.013105 Pa及20℃下在反应体积为 0.5m3
的平推流反应器中进行NO的氧化反应
2NO O2 2NO2
• 进气组成为：NO 10%，NO2 1%，O2 9%
以及 N2 80%，进气流量为 0.6m3 / h，试确
定：反应器出口的组成。
例3.ChemCAD模拟Gibbs反应器
例3.ChemCAD模拟Gibbs反应器
例1.ChemCAD模拟化学计量反应
化学计量反应器 化学计量反应器用于获得反应器的物质平 衡和热平衡。化学计量反应器只能模拟单 一反应，模拟时，给定反应的化学计量系 数和转化率。
例1.ChemCAD模拟化学计量反应
在常压及800℃下进行下列气相均相反应。
C6H5CH3 H2 C6H6 CH4
• 动力学反应器：用于更精确的模型。该模型用动力学速率 表达式模拟动力学模型。可使用的模型为平推流式反应器 （PFR）或连续搅拌釜式反应器（CSTR）。当定量给出 反应速率、反应程度和反应器容积时，动力学反应器模型 可计算反应器尺寸。
反应器的操作方式
• 间歇操作：所需的原料一次装入反应器内，然后在其中进 行反应，经一定时间后，达到所要求的反应程度便卸出全 部反应物料。非定态过程，反应器内物系的组成随时间而 变，这是间歇过程的基本特点。采用间歇操作的反应器基 本都是釜式反应器。
ln(Kep) A B / T
式中，A、B为平衡方程的系数，T为温度。
例2.ChemCAD模拟平衡反应
用平衡反应器模拟乙苯催化脱氢反应
C6H5 C2H5 C6H5 CH CH2 H2
进料流股经预热后的温度为898K，压力为 0.12Mpa，进料为乙苯与水蒸气的混合物， 两者物质的量比为1:20，乙苯的进料量为 1.7103kmol / s 。反应在绝热条件下进行， 不同温度下的化学平衡常数可用下式估算
反应器设计的基本方程式
• 物料衡算式（针对关键组分） （关键组分i的输入速率） =（关键组分i的输出速率）+（关键组分i的转化速率） +（关键组分i的累积速率）
• 能量衡算式（针对整个反应混合物） （单位时间内输入的热量）
=（单位时间内输出的热量）+（单位时间的反应热） +（单位时间内累积的热量）
K exp(26.7047 14520 / T ) (Pa1)
热力学模型采用SRK模型。试确定：反应 器出口温度及组成。
例2.ChemCAD模拟平衡反应
例2.ChemCAD模拟平衡反应
例2.ChemCAD模拟平衡反应
例2.ChemCAD模拟平衡反应
例2.ChemCAD模拟平衡反应
例2.ChemCAD模拟平衡反应
• 动量衡算式 （输入的动量）
=（输出的动量）+（消耗的动应速率：单位时间内单位反应混合
物体积中反应物的反应量或产物的生产量。
间歇系统中，化学动力学常以单位时间内
反应物或产物的浓度变化表示成反应速率，
即
ri
dci dt
• 反应速率方程：表示浓度对反应速率的影
• 连续操作：连续地将原料输入反应器，反应产物也连续地 从反应器流出。多属于定态操作，反应器内任何部位的物 系参数，如浓度、温度等均不随时间而改变，却随位置而 变。这是与间歇操作方式的根本不同之处。
• 半间歇操作：原料与产物只要其中一种作为连续输入或输 出而其余则为分批加入或卸出的操作，均属于半连续操作。
理想流动反应器
全混流反应器 • 全混流反应器指流体流动符合全混流假定的理想反应器，
其假设如下： • 径向与轴向都达到完全混合，也就是返混都达到最大； • 整个反应器内反应物料的浓度均一，温度均一； • 反应速率恒定。
ChemCAD为全混流反应器提供了三种热方式： • 给定反应器温度，计算热负荷； • 绝热操作，计算温度； • 给定热负荷，计算温度。
原料的处理量为2kmol/h，进料的甲苯与氢 的摩尔比为1:1，原料气经换热器后温度为 800℃，反应在等温条件下进行。甲苯为关 键组分，转化率为95%。热力学方程采用 SRK方程，试确定：反应器出口流股的组 成和性质。
例1.ChemCAD模拟化学计量反应
例1.ChemCAD模拟化学计量反应
例1.ChemCAD模拟化学计量反应
例3.ChemCAD模拟Gibbs反应器
例3.ChemCAD模拟Gibbs反应器
例3.ChemCAD模拟Gibbs反应器
上机练习
ChemCAD模拟反应中的化学计量反应器、 平衡反应器、Gibbs反应器。
例3.ChemCAD模拟Gibbs反应器
Gibbs反应器 Gibbs反应器是基于吉布斯自由能最小化的 原理来进行模拟的反应器，不考虑平衡问 题。其假设反应速度相同、催化剂性能完 好、基于总物质平衡，由吉布斯自由能最 小化来计算产率、组成、热负荷等。可以 设定温度和压力，无需反应的化学计量。
例3.ChemCAD模拟Gibbs反应器
响，
r kcAA cBB ...
化学反应动力学
• 转化率：转化率表示一个反应的进行程度，针对 反应物而言，其定义为
转化率X
某反应物的转化率 该反应物的起始量
• 收率：收率针对产物而言，定义为
收率Y
生成目的产物所消耗的关键组分量 关键组分的起始量
理想流动反应器
平推流反应器基本假设如下： • 径向流速分布均匀，即所有的粒子以相同的速度由进口向
第二节 ChemCAD模拟反应过程
东南大学成贤学院 2009.8
化学反应器的类型
• 管式反应器：长度远大于管径，内部中空，不设任何构件。 • 釜式反应器（反应釜）：其高度一般与其直径相等或稍高，釜内设有搅
拌装置及挡板，并根据不同的情况在釜内安装换热器以维持所需要的温 度。 • 塔式反应器：高度一般为直径的数倍以至十余倍，内部设有为了增加两 相接触的构件，如填料、筛板等。 • 固定床反应器：其特征为反应器内填充有固定不动的固体颗粒，这些固 体颗粒可以是固体催化剂，也可是固体反应物。 • 流化床反应器：有固体颗粒可以参与的反应器，与固定床反应器不同， 这些颗粒处于运动状态，运动方向多种多样。 • 移动床反应器：有固体颗粒参与的反应器，固体颗粒自反应器顶部连续 加入，自上而下移动，由底部卸出。 • 滴流床反应器：用于使用固体催化剂的汽液反应。
例1.ChemCAD模拟化学计量反应
例1.ChemCAD模拟化学计量反应
例1.ChemCAD模拟化学计量反应
例2.ChemCAD模拟平衡反应
化学平衡反应器 平衡反应器模型可以用于单一或者复合反 应的模拟。使用平衡反应器进行模拟时， 需指定关键组分的平衡或转化率，通过解 平衡方程及质量平衡计算可以得到产率、 组成、热条件等。 平衡方程形式如下：
化学反应器的类型
• 化学计量反应器：用于单一反应，该反应器需给定化学计 量系数和反应程度。
• 平衡反应器：用于单一或多反应，该反应器需给定平衡程 度或转化率。该反应器还可以用于甲烷化反应或水转换反 应。
• Gibbs反应器：用于引发混合物反应，该反应器基于Gibbs 自由能最小化来估算反应程度，并假设反应速度相同、催 化剂性能完好。
浓度和温度均一； • 在流体流动方向上，不存在流体的混合，即不存在返混。
ChemCAD为平推流反应器提供了五种热方式： • 给定反应温度，计算热负荷； • 绝热操作，计算温度； • 给定热负荷，计算温度； • 给定温度的分布； • 规定公用工程条件。
1.013105 Pa及20℃下在反应体积为 0.5m3
的平推流反应器中进行NO的氧化反应
2NO O2 2NO2
• 进气组成为：NO 10%，NO2 1%，O2 9%
以及 N2 80%，进气流量为 0.6m3 / h，试确
定：反应器出口的组成。
例3.ChemCAD模拟Gibbs反应器
例3.ChemCAD模拟Gibbs反应器
例1.ChemCAD模拟化学计量反应
化学计量反应器 化学计量反应器用于获得反应器的物质平 衡和热平衡。化学计量反应器只能模拟单 一反应，模拟时，给定反应的化学计量系 数和转化率。
例1.ChemCAD模拟化学计量反应
在常压及800℃下进行下列气相均相反应。
C6H5CH3 H2 C6H6 CH4
• 动力学反应器：用于更精确的模型。该模型用动力学速率 表达式模拟动力学模型。可使用的模型为平推流式反应器 （PFR）或连续搅拌釜式反应器（CSTR）。当定量给出 反应速率、反应程度和反应器容积时，动力学反应器模型 可计算反应器尺寸。
反应器的操作方式
• 间歇操作：所需的原料一次装入反应器内，然后在其中进 行反应，经一定时间后，达到所要求的反应程度便卸出全 部反应物料。非定态过程，反应器内物系的组成随时间而 变，这是间歇过程的基本特点。采用间歇操作的反应器基 本都是釜式反应器。
ln(Kep) A B / T
式中，A、B为平衡方程的系数，T为温度。
例2.ChemCAD模拟平衡反应
用平衡反应器模拟乙苯催化脱氢反应
C6H5 C2H5 C6H5 CH CH2 H2
进料流股经预热后的温度为898K，压力为 0.12Mpa，进料为乙苯与水蒸气的混合物， 两者物质的量比为1:20，乙苯的进料量为 1.7103kmol / s 。反应在绝热条件下进行， 不同温度下的化学平衡常数可用下式估算
反应器设计的基本方程式
• 物料衡算式（针对关键组分） （关键组分i的输入速率） =（关键组分i的输出速率）+（关键组分i的转化速率） +（关键组分i的累积速率）
• 能量衡算式（针对整个反应混合物） （单位时间内输入的热量）
=（单位时间内输出的热量）+（单位时间的反应热） +（单位时间内累积的热量）
K exp(26.7047 14520 / T ) (Pa1)
热力学模型采用SRK模型。试确定：反应 器出口温度及组成。
例2.ChemCAD模拟平衡反应
例2.ChemCAD模拟平衡反应
例2.ChemCAD模拟平衡反应
例2.ChemCAD模拟平衡反应
例2.ChemCAD模拟平衡反应
例2.ChemCAD模拟平衡反应
• 动量衡算式 （输入的动量）
=（输出的动量）+（消耗的动应速率：单位时间内单位反应混合
物体积中反应物的反应量或产物的生产量。
间歇系统中，化学动力学常以单位时间内
反应物或产物的浓度变化表示成反应速率，
即
ri
dci dt
• 反应速率方程：表示浓度对反应速率的影
• 连续操作：连续地将原料输入反应器，反应产物也连续地 从反应器流出。多属于定态操作，反应器内任何部位的物 系参数，如浓度、温度等均不随时间而改变，却随位置而 变。这是与间歇操作方式的根本不同之处。
• 半间歇操作：原料与产物只要其中一种作为连续输入或输 出而其余则为分批加入或卸出的操作，均属于半连续操作。
理想流动反应器
全混流反应器 • 全混流反应器指流体流动符合全混流假定的理想反应器，
其假设如下： • 径向与轴向都达到完全混合，也就是返混都达到最大； • 整个反应器内反应物料的浓度均一，温度均一； • 反应速率恒定。
ChemCAD为全混流反应器提供了三种热方式： • 给定反应器温度，计算热负荷； • 绝热操作，计算温度； • 给定热负荷，计算温度。
原料的处理量为2kmol/h，进料的甲苯与氢 的摩尔比为1:1，原料气经换热器后温度为 800℃，反应在等温条件下进行。甲苯为关 键组分，转化率为95%。热力学方程采用 SRK方程，试确定：反应器出口流股的组 成和性质。
例1.ChemCAD模拟化学计量反应
例1.ChemCAD模拟化学计量反应
例1.ChemCAD模拟化学计量反应
例3.ChemCAD模拟Gibbs反应器
例3.ChemCAD模拟Gibbs反应器
例3.ChemCAD模拟Gibbs反应器
上机练习
ChemCAD模拟反应中的化学计量反应器、 平衡反应器、Gibbs反应器。
例3.ChemCAD模拟Gibbs反应器
Gibbs反应器 Gibbs反应器是基于吉布斯自由能最小化的 原理来进行模拟的反应器，不考虑平衡问 题。其假设反应速度相同、催化剂性能完 好、基于总物质平衡，由吉布斯自由能最 小化来计算产率、组成、热负荷等。可以 设定温度和压力，无需反应的化学计量。
例3.ChemCAD模拟Gibbs反应器
响，
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化学反应动力学
• 转化率：转化率表示一个反应的进行程度，针对 反应物而言，其定义为
转化率X
某反应物的转化率 该反应物的起始量
• 收率：收率针对产物而言，定义为
收率Y
生成目的产物所消耗的关键组分量 关键组分的起始量
理想流动反应器
平推流反应器基本假设如下： • 径向流速分布均匀，即所有的粒子以相同的速度由进口向
第二节 ChemCAD模拟反应过程
东南大学成贤学院 2009.8
化学反应器的类型
• 管式反应器：长度远大于管径，内部中空，不设任何构件。 • 釜式反应器（反应釜）：其高度一般与其直径相等或稍高，釜内设有搅
拌装置及挡板，并根据不同的情况在釜内安装换热器以维持所需要的温 度。 • 塔式反应器：高度一般为直径的数倍以至十余倍，内部设有为了增加两 相接触的构件，如填料、筛板等。 • 固定床反应器：其特征为反应器内填充有固定不动的固体颗粒，这些固 体颗粒可以是固体催化剂，也可是固体反应物。 • 流化床反应器：有固体颗粒可以参与的反应器，与固定床反应器不同， 这些颗粒处于运动状态，运动方向多种多样。 • 移动床反应器：有固体颗粒参与的反应器，固体颗粒自反应器顶部连续 加入，自上而下移动，由底部卸出。 • 滴流床反应器：用于使用固体催化剂的汽液反应。
例1.ChemCAD模拟化学计量反应
例1.ChemCAD模拟化学计量反应
例1.ChemCAD模拟化学计量反应
例2.ChemCAD模拟平衡反应
化学平衡反应器 平衡反应器模型可以用于单一或者复合反 应的模拟。使用平衡反应器进行模拟时， 需指定关键组分的平衡或转化率，通过解 平衡方程及质量平衡计算可以得到产率、 组成、热条件等。 平衡方程形式如下：
化学反应器的类型
• 化学计量反应器：用于单一反应，该反应器需给定化学计 量系数和反应程度。
• 平衡反应器：用于单一或多反应，该反应器需给定平衡程 度或转化率。该反应器还可以用于甲烷化反应或水转换反 应。
• Gibbs反应器：用于引发混合物反应，该反应器基于Gibbs 自由能最小化来估算反应程度，并假设反应速度相同、催 化剂性能完好。