CAPD基础第十二讲反应器单元的仿真设计三.ppt

Optimization — 优化 Aspen Plus 在模型分析工具中提供了优化工具(Optmization)，其使用方法类似于设计规定： 1）定义过程变量 (Define)； 2）定义目标函数和选用约束条件(Objective Constraints)，并确定寻优方向(Maximize / Minimize)； 3）设置调节变量(Vary)，可以设置多个调节变 量 。 Optimization — 优化 (2) 1）定义过程变量 Optimization — 优化 (3) 2) 定义目标函数、选用约束条件、确定寻优方向 Optimization — 优化 (4) 3）设置调节变量 Constraints — 约束 对于约束优化 ，则需设置约束条件(Constraints) : 1）定义过程变量 (Define)； 2）设置约束条件 (Spec)，包括定义约束表达 式(Constraint expression)，制定约束关系: 等于(Equal to) 小于或等于(Less than or equal to) 大于或等于(Greater than or equal to) 并设定容差 (Tolerance)。 Constraints — 约束 (2) Optimization — 示例 1 甲烷在管式反应器中进行高温偶联脱氢制乙烯，发生的主 要化学反应及其反应动力学表达式如下(分压的单位为Pa )： 1) 2) Optimization — 示例1 (续) 化学反应在250根内径25 mm的反应管内进行，反应管外用2000?C的高温燃气加热，传热系数为200 W/m2?K。由于制造反应管的材料限制，反应管内最高温度不得超过1200?C，最大压强不得超过0.3 MPa，反应管长度不得超过10 m。原料甲烷的流量为10000 kg/hr，压力0.3 MPa。 求： 1) 乙烯（C2H4）的最大产率（kg/hr）； 2) 获取乙烯最大产率所需的反应管长度、反应器进料 温度和反应器进口压强。 CAPD基础 第十二讲 Simulation Design of Chemical Reactors 反应器单元的仿真设计 (三) 化学动力学类反应器 1、全混釜反应器（RCSTR） Continuous Stirred Tank Reactor 2、平推流反应器（RPlug） Plug Flow Reactor 3、间歇釜反应器（RBatch) Batch Stirred Tank Reactor 根据化学动力学计算反应结果。 包含三种反应器： RBatch — 间歇釜反应器 性质：间歇或半间歇操作的搅拌釜，釜内达到理想混合。自动根据加料和辅助时间提供缓冲罐，实现与连续过程的连接。 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。 RBatch — 间歇釜反应器 (2) RBatch — 连接 RBatch —— 模型参数 RBatch 模块有六组模型参数： 1、模型设定 (Specifications) 2、化学反应 (Reactions) 3、停止判据 (Stop Criteria) 4、操作时间 (Operation Time) 5、连续加料 (Continuous Feeds) 6、控制器 (Controllers) RBatch — 模型设定 (1) 模型设定包含操作设定、压力设定和有效相态： 反应器操作设定 (Reactor Operating Specification) 有六个选项供选择： 1、恒温 (Constant Temperature) 2、温度剖形 (Temperature Profiles) 3、恒定热负荷 (Constant Heat Duty) 4、热负荷剖形 (Heat Duty Profile) 5、恒定冷却剂温度 (Constant Coolant Temperature) 6、传热用户子程序 (Heat Transfer User Subroutine) RBatch — 模型设定 (2) RBatch — 模型设定 (3) 选用温度剖形或热负荷剖形时，需输入不同时刻的温度值或热负荷值。 RBatch — 模型设定 (4) 选用恒定冷却剂温度时，需输入冷却剂温度、传热系数和传热面积的值。 RB