第六讲反应器单元的仿真设计(一)摘要.ppt

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * RGibbs —— 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 —— 限制平衡 (2) 1、设定整个系统的趋近平衡温度； RGibbs —— 限制平衡 (3) 2、指定各个化学反应趋近平衡的温度 RGibbs — 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1?4，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 ℃，当反应器出口处达到平衡时，CO2和H2的产量是多少？反应热负荷是多少？与REquil的结果进行比较。 RGibbs — 示例（2） 若在示例(1)中的原料气中加入25 kmol/hr 的氮气，并考虑氮与氢结合生成氨的副反应，求反应器出口物流中CH4和NH3的质量分率。如果将氮设为惰性组份，结果有什么变化？ * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 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（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1?4，流量为100 kmol/hr。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 ℃，如果反应器出口物流中摩尔比率 CH4 ? H2O : CO2 : H2 等于 1 : 2 : 3 : 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？是否满足元素平衡？ RYield — 示例（2） 若在示例（1）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？ RYield — 示例（3） 以示例（2）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？ 热力学平衡类反应器 1、平衡反应器（REquil） Equilibrium Reactor 2、吉布斯反应器（RGibbs） Gibbs Reactor 根据热力学平衡条件计算体系发生化学反应的结果，不考虑动力学可行性。 该类别包含两种反应器。 REquil——平衡反应器 性质：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。 REquil—平衡反应器（2） REquil —— 连接 REquil —— 模型参数 REquil 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) 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 REquil —— 模型设定（2） REquil —— 化学反应 定义REquil中进行的每一个化学反应的编号、化学计量关系、产物生成比速率(Extend)或趋近平衡温度(Temperature Approach)。 比速率=速率/化学计量系数 趋近平衡温度=△T意指在T+△T下计算化学反应平衡 REquil —— 化学反应（2） REquil —— 化学反应（3） REquil — 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1?4，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 ℃，当反应器出口处达到平衡时，CO2和H2的产量是多少？反应热负荷是多少？ REq