第十讲反应器单元的仿真设计1

CAPD基础

第十讲

Simulation Design of Chemical Reactors

反应器单元的仿真设计

(一)

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）

反应器模块的类别（2）

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 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。 用途：已知化学反应方程式和每一反应 的转化率或产量，不知化学动力 学关系。

RStoic—化学计量反应器（2）

RStoic —— 连接

RStoic —— 模型参数

RStoic 模块有七组模型参数：

1、模型设定 2、化学反应 3、燃烧 4、反应热 5、选择性 6、粒度分布 7、组分属性 (Specifications) (Reactions) (Combustion) (Heat of Reaction) (Selectivity) (PSD) (Component Attr.)

RStoic —— 模型设定

设定操作条件和有效相态：

1、操作条件 (Operation Conditions) (1) 压力 (Pressure) (2) 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 —— 模型设定（2）

RStoic —— 化学反应

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 —— 化学反应（2）

RStoic —— 化学反应（3）

RStoic —— 反应热

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 —— 反应热

RStoic —— 选择性

计算对于选定组分的选择性，其定义为：

P / A real S P, A P / A ideal

△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。

RStoic —— 选择性（2）

RStoic — 示例（1）

甲烷与水蒸汽在镍催化剂下的转化反应为：

CH 4 2H2O CO2 4H2

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CH4转化率为73%时，CO2和H2 的产量是多少？反应热负荷是多少？

RStoic — 示例（2）

反应和原料同示例 （1）， 若反 应在恒压及绝热条

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