第5讲 ASPEN PLUS 反应器的模拟与优化
甲烷化反应器的Aspen Plus模拟与优化
２０ 期 第
Ａｓｐｅｎ Ｐｌｕｓ拟 与 优 化
１２７· ·
甲 烷 化 反 应 器 的 拟 与 优 化 Ａｓｐｅｎ Ｐｌｕｓ 模
彭 淑 静 ， 周 艳 军 ， 娄 玉 爽
㊀ １２１００１ ） （ 辽 宁 工 业 大 学 化 学 与 环 境 工 程 学 院 ， 辽 宁 锦 州
摘 要 ： Ａｓｐｅｎ Ｐｌｕｓ 化 利 用 工 流 程 模 拟 软 件 ， 分 别 选 择 平 衡 反 应 器 和 平 推 流 反 应 器 模 型 ， 对 锦 西 天 然 气 化 工 有 限 公 司 甲 烷 化 反 应 器 进 行 了 模 拟 ， 并 将 模 拟 结 果 与 工 厂 的 实 际 数 据 进 行 了 比 较 与 分 析 。通 过 考 察 温 度 和 压 力 对 甲 烷 等 组 分 含 量 的 影 响 ， 确 定 了 适 宜 的 温 度 和 压 力 ， 实 现 了 对 甲 烷 化 反 应 器 优 化 的 目 的 。 Ａｓｐｅｎ Ｐｌｕｓ； 关 键 词 ： 甲 烷 化 反 应 器 ； 模 拟 ； 优 化 ＴＱ２２３． １２㊀ ㊀ ㊀ ㊀ ㊀ 文 Ａ㊀ ㊀ ㊀ ㊀ 文 １００８ － ０２１Ｘ（ ２０１７ ） ２０ － ０１２７ － ０２ 中 图 分 类 号 ： 献 标 识 码 ： 章 编 号 ：
Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｍｅｔｈａｎａｔｉｏｎ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ
Ｐｅｎｇ Ｓｈｕｊｉｎｇ Ｚｈｏｕ Ｙａｎｊｕｎ Ｌｏｕ Ｙｕｓｈｕａｎｇ
Ｃｈｅｍｉｃａｌ ＆ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｌｉａｏｎｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｊｉｎｚｈｏｕ㊀ １２１００１ ，Ｃｈｉｎａ） （ Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｔｈｅ ｍｅｔｈａｎａｔｉｏｎ ｒｅａｃｔｏｒ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ａｃｔｕａｌ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｊｉｎｘｉ Ｎａｔｕｒａｌ Ｇａｓ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏ． ，Ｌｔｄ ｗａｓ ｓｉｍｕｌａｔｅｄ ｂｙ ｍｅａｎｓ ｏｆ Ａｓｐｅｎ Ｐｌｕｓ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｗｉｔｈ ｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍ ａｎｄ ｐｌｕｇ ｆｌｏｗ ｍｏｄｅｌ，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ． Ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｗｅｒｅ ｓｔｕｄｉｅｄ ａｎｄ ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ａｃｔｕａｌ ｄａｔａ ｏｆ ｆａｃｔｏｒｙ ａｓ ｗｅｌｌ． Ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｏｎ ｔｈｅ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ｍｅｔｈａｎａｔｉｏｎ ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ ａｎｄ ａｐｐｒｏｐｒｉａｔｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｗｅｒｅ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ． Ｔｈｅ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｍｅｔｈａｎａｔｉｏｎ ｒｅａｃｔｏｒ ｗａｓ ｐｒｅｌｉｍｉｎａｒｙ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ｍｅｔｈａｎａｔｉｏｎ ｒｅａｃｔｏｒ Ａｓｐｅｎ Ｐｌｕｓ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ
AspenPlus培训讲义(完整版)解析
Slide 16 Li Kuiwu © 2002 Aspentech Beijing Office
第16页
Aspen Plus具有最先进的计算方法
Aspen Plus具有最先进的流程收敛方法 Aspen Plus具有最先进的数值计算方法，能使循环物流和设计规定迅 速而准确地收敛。这些方法包括直接迭代法(Wegstein)、正割法(Secant) 、拟牛顿法、Broyden法等。这些方法均经AspenTech进行了修正。例如 ，修正后Secant法可以处理非单调的设计规定。Aspen Plus可以同时收敛 多股撕裂（Tear）物流、多个设计规定，甚至收敛有设计规定的撕裂物 流。这些特点对解决高度交互影响的问题时特别重要。
在已知反应动力学的情况下，可以用更精确的模型，如连续搅拌釜式反 应模型（RCSTR）或活塞流反应模型（RPLUG）。 RBATCH反应模型可处理单相或两相的动态反应，可选用连续进料和出 料。 RGIBBS是根据GIBBS自由能极小的基本原理，它能描述单相化学平衡 、相平衡，也能同时描述化学平衡和相平衡，可以处理固、液多相系统 。RGIBBS能自动决定实际存在的相数。
Aspen Plus的多级严格分离模型是基于内外两层结构（双层）、结合最 新的联立方程和求解法编制而成。双层法是由AspenTech总裁 J. Boston 博士首创的。他自1981年起一直担任本公司总裁。此法必须提供初值， 在大范围内应用十分可靠。 RADFRAC模型能严格地模拟多级气液平衡操作，包括吸收、汽提、有 再沸器的吸收和汽提、萃取和共沸蒸馏，以及高度非理想体系的分馏过 程。RADFRAC能严格计算任一塔板上两个液相的存在，也可以简单地 假设第二液相为纯水。MULTIFRAC可以有效地计算互连的多塔分馏系 统，如原油蒸馏、减压塔、催化裂化分馏塔、吸收塔、解吸塔 、空气 分馏塔以及有热交换的塔系统。 Aspen Plus还有经过工业考验的能处理反应的分离模型，该模型可在塔 的任意塔板处或所有塔板上处理速率控制反应、化学平衡反应，以及气 、液相反应。反应速率可由置入内部的幂律表示式或由用户提供的反应 动力学程序来计算 。Aspen Plus的简捷算法蒸馏模型需要输入的数据较 少，也具有设计和核算两种型式。在不需要高度精确计算的情况下可以 使用这些模型。
[工学]AspenPlus应用基础-反应器
![[工学]AspenPlus应用基础-反应器](https://img.taocdn.com/s3/m/3b6687a018e8b8f67c1cfad6195f312b3069eb7a.png)
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.
包含两种反应器.
1、化学计量反应器〔RStoic〕 Stoichiometric Reactor
2、产率反应器〔RYield〕 Yield Reactor
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,有并行反应和串联反 应两种方式,分别指定每一反应的 转化率或产量.
Aspen Plus 使用方法
Models for Reactors 反应器模块 <I>
反应器模块的类别
分为三大类七种反应器：
1. 生产能力类反应器〔2种〕 2. 热力学平衡类反应器〔2种〕 3. 化学动力学类反应器〔3种〕
生产能力类反应器
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.
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> 压力； <2> 温度/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
RYield —— 产率
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.
AspenPlus应用基础反应器教学教材
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 —— 产物
有三种选择：
1、系统中的所有组分都可以是产物； 2、指定可能的产物组分； 3、定义产物存在的相态。
REquil — 示例（2）
分析示例（1）中反应温度 在300~1000 ℃范围变化时对反 应器出口物流CH4质量分率的 影响。
REquil — 示例（3）
将示例(1)中的反应温度设为 1000 ℃，分别分析反应(1)和反 应(2)的趋近平衡温度在 –200 ~ 0 ℃范围变化时对反应器出口物流 CH4质量分率和CO/CO2摩尔比的 影响。
Aspen Plus 使用方法
Reactor Models
反应器模块
反应器模块的类别
分为三大类七种反应器：
1. 生产能力类反应器（2种） 2. 热力学平衡类反应器（2种） 3. 化学动力学类反应器（3种）
生产能力类反应器
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。
1、化学计量反应器（RStoic） Stoichiometric Reactor
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)
1、操作条件 (Operation Conditions)
(1) 压力； (2) 温度/热负荷
2、有效相态 (Valid Phases)
ASPENPLUS反应器模拟教程
人工解决问题通常会让人对问题思考的更深， 找到新颖的解决方式， 对假设的评估和重新评 估更深入。 流程模拟的缺点就是缺乏与问题详细的交互作用。 这是一把双刃剑， 一方面可以 隐藏问题的复杂性使你专注于手边的真正问题， 另一方面隐藏的问题可能使你失去对问题的 深度理解。
历史
AspenPlusTM在密西根大学
到模拟器， 把文件从一台机器传送到另一台很容易， 但是里边不再含有结果和运行信息。 最 后，项目和被保存为模板作为另一个模拟的起点。 如果你正在一个项目上工作， 则应该保存 为Aspen Plus文件，备份格式的文件将自动建立。
反应器模型
有7个内置的反应器模型，RSTOIC（化学计量反应器）、RYIELD（产率反应器）、REQUIL（平
REQUIL计算基于同时解决化学计量数和相平衡计算，RGIBBS通过Gibbs自由能最小化解决
模型。
除了RPLUG和RBATCH所有模型可有任意数量的物料流•这些物料流内部混合•严密的模型可
包括内置的幂次定律或Langmuir-Hinschelwood-Hougen-Watson动力学或用户自定义的动力 学•自定义的动力学可以用Fortran子程序或者excel工作表格定义•
界面基础
启动AspenPlus,—个新的AspenPlus对象有三个选项，可以Open an Existing Simulation，从Template开始，或者用BlankSimulation创建你的工作表。这里选择blank simulation。
Aspen PlusTm的模拟引擎独立于它的图形用户界面（GUI）。你可以在一个电脑上使用GUI
P=14.69595psi
R=1.987cal/mol/K
ASPEN Plus在化工过程优化中的应用研究
ASPEN Plus在化工过程优化中的应用研究ASPEN Plus是目前最为常用的化工过程模拟软件之一。
该软件通过建立化工装置的模型，运用热力学计算方法，模拟不同操作条件下的工艺流程，实现多种化工计算，优化和设计。
ASPEN Plus在化工工艺的优化过程中起着至关重要的作用。
化工过程模拟的主要目的是为了优化和改进现有的生产工艺。
通过模拟计算，可以得到不同工艺参数之间的关系，从而找到最优工艺参数，提高生产效率，降低生产成本。
而ASPEN Plus则是目前用于化工过程模拟和优化的最常用软件之一。
作为工业中经典化工软件，ASPEN Plus可以对化工流程进行详细的分析和确定。
它不仅可以模拟在不同工艺条件下的化工过程，还可以进行优化和设计。
因为它能够模拟多种化学反应，包括催化反应、裂解、聚合、氧化、加氢、脱氢等等。
其热力学计算功能可以模拟化学反应的放热与吸热，计算化学反应的平衡和转化率，同时还能模拟化学反应产物的物性参数。
而且，ASPEN Plus还有着优秀的流程计算功能。
它可以模拟化工装置的各种操作，如稳态、动态、可逆、不可逆、均相、异相等等，并能对装置进行热力学和物理学计算。
ASPEN Plus模拟优化的策略是通过改变优化变量，去寻找化工过程的最大化利润或最小化成本。
可以通过设置它的参数，如反应器类型、反应器进料比、反应温度、反应时间、反应物浓度，来寻求最优工艺方案。
经过多次模拟计算，确定最优方案后，可以进一步进行实验验证，以此来验证模拟计算的准确性和可行性。
ASPEN Plus还可以进行装置设计与模拟。
通过建立化工装置的模型，可以预测关键物理变量的行为、设施性能和输出结果。
在装置设计和模拟中，可以通过优化变量，如进料物料、反应条件等，找到最佳的装置配置方案。
可以通过ASPEN Plus进行分析的工艺，包括化学反应器、精馏塔、黏附塔、萃取塔、气体吸收塔和热交换器等。
最后，ASPEN Plus的应用领域相当广泛。
ASPENPLUS反应器的模拟与优化解读
ASPENPLUS反应器的模拟与优化解读ASPEN Plus是一种流程模拟软件，广泛应用于化工工程、能源工程等领域。
它可以帮助工程师通过建立模型和进行仿真，预测和优化化工流程。
在化工生产过程中，反应器是一个重要的组件，ASPEN Plus能够进行反应器的模拟和优化解读，从而帮助工程师改进反应器的设计和操作条件，提高生产效率和产品质量。
首先，ASPEN Plus可以帮助工程师建立反应器的模型。
在ASPENPlus中，用户可以选择适当的反应器模型，如气相反应器、液相反应器、固相反应器等。
然后，用户可以输入反应器的物理和化学性质的数据，如反应器中的反应物浓度、反应速率常数、活化能等。
根据这些数据，ASPEN Plus可以进行数值求解，得到反应器中物质的浓度、温度、压力等参数的变化情况。
接下来，ASPEN Plus可以进行反应器的仿真。
在仿真过程中，ASPEN Plus可以帮助工程师分析反应物的转化率、选择性和产率等重要指标。
通过改变反应器的操作条件，如温度、压力、进料流量等，工程师可以观察到这些指标的变化情况。
如果仿真结果与实际情况相符，工程师可以进一步进行优化解读。
最后，ASPEN Plus可以进行反应器的优化解读。
优化是指通过改变操作变量，使得一些目标函数达到最优的过程。
在反应器中，可以将产物收率、能耗、废料生成量等作为目标函数，通过改变反应器的操作变量，如反应温度、催化剂用量等，使目标函数最优化。
ASPEN Plus提供了多种优化算法，如遗传算法、模拟退火算法等，可以自动最优解。
通过ASPEN Plus的模拟与优化解读，工程师可以获得以下信息和结果：1. 反应器的性能评估：ASPEN Plus可以帮助工程师评估反应器的表现，如转化率、选择性和产率等。
这些信息对于确定反应器的效果并进行性能改进至关重要。
2. 最优操作条件：通过优化解读，ASPEN Plus可以帮助工程师确定反应器的最佳操作条件，如温度、压力、进料流量等。
ASPENPLUS介绍及模拟实例
ASPENPLUS介绍及模拟实例ASPENPLUS具有广泛的应用领域，包括石化、炼油、化肥、热力、制药、生化工程等。
它可以用于模拟各种化工过程，例如分离、混合、反应、蒸馏、液-液/气-液萃取、吸收、脱吸附、干燥等。
ASPENPLUS使用了一套成熟的计算方法和数学模型，可以准确地预测化工过程的性能指标，为工程师提供决策支持。
ASPENPLUS的建模过程包括定义组分、定义装置流程、定义物理特性、定义热力学模型、定义操作条件、定义单元操作、定义修正参数等。
用户可以根据具体的工艺流程需求，选择不同的模拟单元进行组合，以实现整个过程的模拟。
在模拟过程中，用户可以通过调整操作条件和设备参数，进行优化设计，以实现最佳的性能。
下面以丙烯酸酯生产过程为例，介绍ASPENPLUS的模拟实例。
丙烯酸酯是一种重要的化工原料，广泛应用于合成高分子材料、油墨、粘合剂等。
其主要生产过程是通过异丁烯与甲基丙烯酸酯在催化剂存在下进行反应生成。
为了实现丙烯酸酯的高选择性产率，需要优化反应过程的操作条件和装置结构。
首先，在ASPENPLUS中定义组分，包括异丁烯、甲基丙烯酸酯、丙烯酸酯和副产物。
然后，定义装置流程，包括进料反应器、分离塔和产品收集器。
接下来，定义物理特性，如温度、压力、流量等。
充分考虑物料的热力学性质，确保模拟过程的准确性。
在物理特性定义完成后，需要定义热力学模型。
根据反应过程的实际情况，选择适当的热力学模型，并确定模型参数。
在反应过程中，可以设置反应器的温度、压力和催化剂的用量，以及反应物的摩尔比例。
定义好热力学模型后，需要定义操作条件。
根据实际工艺需求，设置反应器的温度和压力，以及进料和产物的流量。
可以使用ASPENPLUS提供的优化算法，通过调整操作条件，实现产物选择性的优化。
最后，定义单元操作，包括进料反应器、分离塔和产品收集器的模型和参数。
分离塔的模型可以选择蒸馏、吸收或萃取等。
通过定义修正参数，可以对模拟过程进行细致的调整和修改，以实现更准确的模拟结果。
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进料流股的温度为16℃ 压力为1.9 atm，进料组成如下表所示： 进料流股的温度为16℃，压力为1.9 atm，进料组成如下表所示： 16 组分 正丁烷（ 正丁烷（n-Butane） ） 1-丁烯（1-Butene） 丁烯（ 丁烯 ） 丁烯（ 顺-2-丁烯（Cis-2-Butene） 丁烯 ） 丁烯（ 反-2-丁烯（Trans-2-Butane） 丁烯 ） 异丁烯（ 异丁烯（Isobutene） ） 流量（ 流量（kg/hr） ） 35000 10000 4500 6800 1450
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（一）生产能力类反应器
Ryield— 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。
产率指的是某种生成物的实际产量与理论产量的比值！
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RYield 模块有五组模型参数：
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REquil —
模型参数
REquil 模块有四组模型参数： 模块有四组模型参数： 1、模型设定 (Specifications) 2、化学反应 (Reactions) 3、收敛 (Convergence) 4、液沫夹带 (Entrainment)
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模型设定包含操作条件设定和有效相态设定： 模型设定包含操作条件设定和有效相态设定：
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RYield — 示例5.2
甲烷与水蒸汽在镍催化剂下的转化反应为： 甲烷与水蒸汽在镍催化剂下的转化反应为：
CH 4 + 2H 2O ↔ CO 2 + 4H 2
原料气中甲烷与水蒸汽的摩尔比为1 原料气中甲烷与水蒸汽的摩尔比为1:4，流量为 100 kmol/hr。反应在恒压及等温条件下进行，系统 kmol/hr 反应在恒压及等温条件下进行， /hr。 总压为0.1013 MPa，温度为750 总压为0.1013 MPa，温度为750 ℃，如果反应器出 口物流中摩尔比率CH 口物流中摩尔比率CH4 : H2O : CO2 : H2等于1 : 2 : 3 : 等于1 的产量是多少？ 4时，CO2和H2的产量是多少？需要移走的反应热负 荷是多少？此结果是否满足总质量平衡？ 荷是多少？此结果是否满足总质量平衡？是否满足元 素平衡？ 素平衡？
Equilibrium Reactor — 示例
CH4 + H2O ↔CO + 3H2
CO + H2O ↔CO2 + H2
原料气中甲烷与水蒸汽的摩尔比为1 原料气中甲烷与水蒸汽的摩尔比为1:4，流 量为100 kmol/hr。若反应在恒压及等温条件 量为100 kmol/hr。 下进行，系统总压为0.1013 MPa，温度为750 下进行，系统总压为0.1013 MPa，温度为750 当反应器出口处达到平衡时， ℃，当反应器出口处达到平衡时，CO2和H2的产 量是多少？反应热负荷是多少？ 量是多少？反应热负荷是多少？
26
对单相系统， 对单相系统 ， 规定 T 和 P下的总吉布斯能由下式 给出: 给出:
G = ∑Ni Gi
i=1
C
−
G 式中 Ni 和 i 分别是平衡混合物中组分 i 的摩 尔数和偏摩尔吉布斯能。 尔数和偏摩尔吉布斯能 。 组分包括进料组分及 可能由化学反应产生的组分。 可能由化学反应产生的组分 。 在受原子衡算约 最小化。 束的条件下， 束的条件下 ， 总吉布斯能对 Ni 最小化 。 这种方 法容易推广到多相系统。 法容易推广到多相系统。
1、平衡反应器（Equilibrium 平衡反应器（
平衡常数法求解产物组成
Reactor） Reactor）
2、吉布斯反应器（Gibbs Reactor） Reactor） 吉布斯反应器（
最小自由焓法求解产物组成
17
REquil —平衡反应器
性质：根据化学反应方程式进行反应， 根据化学反应方程式进行反应， 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 并同时达到相平衡。 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 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， 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。 的结果。
1、模型设定 (Specifications) 2、产率 (Yield) 3、闪蒸选项 (Flash Options) 4、粒度分布 (PSD) 5、组分属性 (Component Attr.)
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RYield —— 产率
指定相对于每一单位质量非惰性进料而言 出口物流中各种组分间的相对产 ，RYield出口物流中各种组分间的相对产 并设定进料中的惰性组分。 率。并设定进料中的惰性组分。
−
27
在恒温恒压且无非体积功的条 件下，自发过程总是向着吉布斯函 数减少的方向进行，直至系统的吉 布斯函数不再改变(dG＝0)，或者 减少到该条件下的最小值时，系统 便处于平衡态。
28
RGibbs —— 模型设定
29
RGibbs —— 产物
有三种选择： 有三种选择：
1、系统中的所有组分都可以是产物； 系统中的所有组分都可以是产物；
20
化学平衡常数
∆G = −RT ln K
吉布斯自由能的变化
Θ
(标准状态下）
d ln K ∆H = dT RT
范特霍夫方程
Θ R 2
（其它温度下）
21
REquil 由Gibbs 自由能计算平衡常数。 你能够通过下列之一限制平衡： （1）任何反应的摩尔程度 （2）化学平衡接近温度对任何反应
接近温度
9
RStoic计算－例5.1 计算－ 计算
丁烯异构化反应模型的建立，混合丁烯包含1-丁烯、正丁烷、 丁烯异构化反应模型的建立，混合丁烯包含1 丁烯、正丁烷、 丁烯、 丁烯和异丁烯，发生的反应如下所示： 顺-2-丁烯、反-2-丁烯和异丁烯，发生的反应如下所示：
序号 1 2 3 4 5 6 1-Butene → Isobutylene 4 (1-Butene) → Propylene(丙二醇 + 2-Methyl-2-Butene + 1丙二醇) 丙二醇 Octene(辛烯 辛烯) 辛烯 Cis-2-Butene → Isobutylene 4 (Cis-2-Butene) → Propylene + 2-Methyl-2-Butene + 1-Octene Trans-2-Butene → Isobutylene 4 (Trans-2-Butene) → Propylene + 2-Methyl-2-Butene + 1Octene 反应 转化率 0.36 0.04 0.36 0.04 0.36 0.04
Rstoic — 化学计量反应器
性质：按照化学反应方程式中的计量关 按照化学反应方程式中的计量关 系进行反应， 系进行反应，有并行反应和串联 反应两种方式， 反应两种方式，分别指定每一反 应的转化率或产量。 应的转化率或产量。 用途：已知化学反应方程式和每一反应 已知化学反应方程式和每一反应 的转化率，不知化学动力学关系。 的转化率，不知化学动力学关系。
15
深入讨论：
若在示例的原料气中加入 25 kmol/hr 氮气 ，其余条件不变，计算结果会发生什么变 化？ 以示例的结果为基础，在Ryied模块的产率 设置项中将氮气设置为惰性组份，重新计 算，结果如何？
16
（二）热力学平衡类反应器
根据热力学平衡条件计算反应结果， 根据热力学平衡条件计算反应结果， 不ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ虑动力学可行性。 不考虑动力学可行性。
T=Treaction - ∆T T=TReaction+∆T
(吸热反应） (放热反应）
如果你规定接近温度ΔT ，则REquil 估计在T+ΔT时的化学 平衡常数。这里的 T 是反应温度（规定的或计算的）。
22
23
REquil — 例5.3
甲烷与水蒸汽在镍催化剂下的转化反应为： 甲烷与水蒸汽在镍催化剂下的转化反应为 （1）
PLUS反应器的 第5讲 ASPEN PLUS反应器的 模拟与优化
目录
1.
生成能力类反应器
化学计量反应器 (RStoic) 产率反应器 (RYield)
2.
平衡类反应器
平衡反应器 (REquil) 吉布斯反应器 (RGibbs)
3.
动力学类反应器
全混流反应器 (RCSTR) 平推流反应器 (RPlug) 间歇式反应器 (Rbatch)
热力学模型选择RK-Soave。 热力学模型选择RK-Soave。 RK 反应器操作条件：温度为400 400℃ 压力为1.9 atm。 反应器操作条件：温度为400℃，压力为1.9 atm。 请采用RStoic模型确定反应物料的组成、 请采用RStoic模型确定反应物料的组成、由1-丁烯转化为异 RStoic模型确定反应物料的组成 丁烯的反应选择性以及各个反应的反应热。 丁烯的反应选择性以及各个反应的反应热。
熟悉模拟软件中可获得的反应器模型类型 以及它们在过程模拟中的应用； 以及它们在过程模拟中的应用； 了解特定的反应过程的特点， 了解特定的反应过程的特点，选择相适应 的反应器类型或反应器网络， 的反应器类型或反应器网络，保证所需产 品组分足够的产率和选择性。 品组分足够的产率和选择性。
6
（一）生产能力类反应器
7
Rstoic — 化学计量反应器 — 模型参数
1、模型设定(Specification) 模型设定(Specification) 2、化学反应 (Reactions) Combustion） 3、燃烧 （Combustion） 4、反应热 (Heat of reaction) 5、选择性 （Selectivity) 6、粒度分布 (PSD) Attri.) 7、组分属性 （Components Attri.) 8、热力学模型 (Thermodynamics)