简介 什么是Process Flowsheet Process Flowsheet（流程图）可以简单理解为设备或其一部分的蓝图.它确定了所有的给料流,单元操作,连接单元操作的流动以及产物流.其包含的操作条件和技术细节取决于Flowsheet 的细节级别.这个级别可从粗糙的草图到非常精细的复杂装置的设计细节. 对于稳态操作,任何流程图都会产生有限个代数方程。例如，只有一个反应器和适当的给料和产物，方程数量可通过手工计算或者简单的计算机应用来控制。但是，当流程图复杂程度提高，且带有很多清洗流和循环流的蒸馏塔、换热器、吸收器等加入流程图时，方程数量很容易就成千上万了。这种情况下，解这一系列代数方程就成为一个挑战。然而，叫做流程图模拟的电脑应用专门解决这种大的方程组，Aspen PlusTM，ChemCadTM，PRO/IITM。这些产品高度精炼了用户界面和网上组分数据库。他们被用于在真是世界应用中，从实验室数据到大型工厂设备。 流程模拟的优点 在设备的三个阶段都很有用：研究&发展，设计，生产。在研究&发展阶段，可用来节省实验室实验和设备试运行；设计阶段可通过与不同方案的对比加速发展；生产阶段可用来对各种假设情况做无风险分析。 流程模拟缺点 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 界面基础 启动AspenPlus，一个新的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。
A S P E N L U S反应器模 拟教程 文档编制序号：[KKIDT-LLE0828-LLETD298-POI08]
简介 什么是Process Flowsheet Process Flowsheet（流程图）可以简单理解为设备或其一部分的蓝图.它确定了所有的给料流,单元操作,连接单元操作的流动以及产物流.其包含的操作条件和技术细节取决于Flowsheet的细节级别.这个级别可从粗糙的草图到非常精细的复杂装置的设计细节. 对于稳态操作,任何流程图都会产生有限个代数方程。例如，只有一个反应器和适当的给料和产物，方程数量可通过手工计算或者简单的计算机应用来控制。但是，当流程图复杂程度提高，且带有很多清洗流和循环流的蒸馏塔、换热器、吸收器等加入流程图时，方程数量很容易就成千上万了。这种情况下，解这一系列代数方程就成为一个挑战。然而，叫做流程图模拟的电脑应用专门解决这种大的方程组，Aspen PlusTM，ChemCadTM，PRO/IITM。这些产品高度精炼了用户界面和网上组分数据库。他们被用于在真是世界应用中，从实验室数据到大型工厂设备。 流程模拟的优点 在设备的三个阶段都很有用：研究&发展，设计，生产。在研究&发展阶段，可用来节省实验室实验和设备试运行；设计阶段可通过与不同方案的对比加速发展；生产阶段可用来对各种假设情况做无风险分析。 流程模拟缺点 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 界面基础 启动AspenPlus，一个新的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创建你的模拟，然后运行连接到另一个电脑的模拟引擎。这里我们使用Local PC模拟引擎。缺省值不变。点击OK。 下一步就是Aspen PlusTM主应用窗口——空白的流程图窗口。先熟悉下界面。 状态信息Flowsheet Not Complete一直持续到完整的流程描述进入窗口，完成后状态信息会变为Required Input Incomplete（所需输入未完成）。一个模拟只有在状态信息显示Required Input Complete（所需输入完成）时才能运行。对于最简单的流程图，必须有两股物流，一个FEED，一个PRODUCT，连接到单元操作设备，叫做REACTOR。 模型库工具条（Model Library Toolbar）：这个工具条包含Aspen Plus不同操作单元的内置模型。 文件有三种保存模式：Aspen Plus文件，Aspen Plus备份文件和模板。 Aspen Plus文件可保存结果和运行信息，但这是个二进制文件；备份文件则是标准的ASCII文本文件。如果你是Aspen Plus专家，你可以直接在文件中更改，并作为输入从
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目录 第 1 章反应器设计 (1) 1.1 反应器设计概述 (1) 1.2 反应器的选型 (1) 第 2 章催化剂 (3) 2.1 催化剂的选择 (3) 2.2 催化剂失活的原因 (3) 2.3 催化剂再生的方法 (3) 第 3 章丙烷脱氢反应器 (4) 3.1 主反应及副反应方程式 (4) 3.2 反应机理 (4) 3.3 动力学方程 (4) 3.3.1 催化反应动力学模型 (4) 3.3.2 失活动力学 (5) 3.4 反应器设计思路说明 (6) 3.4.1 反应条件 (6) 3.4.2 反应器类型的选择 (7) 3.4.3 反应器数学模拟 (7) 3.4.4 反应器体积的计算 (7) 3.5 催化剂设计 (11) 3.5.1 催化剂用量 (11) 3.5.2 催化剂来源 (11) 3.5.3 催化剂的装填 (11) 3.6 反应器内部结构设计 (11) 3.6.1 催化剂床层开孔 (11) 3.6.2 催化剂分布器 (12) 3.6.3 气体分布器 (12) 2
3.7 反应器管口计算 (12) 3.7.1 进料管(以第一台反应器为例) (12) 3.7.2 出料管 (13) 3.7.3 吹扫空气入口 (13) 3.7.4 催化剂进料口 (13) 3.7.5 催化剂出口 (13) 3.7.6 排净口 (13) 3.7.7 人孔 (14) 3.7.8 催化剂床层固定钢 (14) 3.8 加热炉 (14) 3.9 机械强度的计算和校核 (14) 3.9.1 反应器材料的选择 (14) 3.9.2 反应器筒体厚度的选择 (14) 3.9.3 反应器封头厚度的计算 (15) 3.9.4 液压试验校核 (16) 3.9.5 反应器强度校核 (16) 3.9.6 反应器封头的选择 (25) 3.10 设计结果总结(以第一台反应器为例) (26) 第 4 章乙炔选择性加氢反应器 (26) 4.1 概述 (26) 4.2 反应方程式 (27) 4.3 催化剂的选用 (27) 4.4 设计简述 (27) 4.5 在Polymath中的模拟与优化 (29) 4.6 选择性加氢反应器总结 (30) 第 5 章参考文献 (30) 3
一、在体积为V 的反应器中进行液相等温反应P A →，已知反应速率为 2 A A kC r =-，求： （1）当CSTR 中的转化率为0.5时，若将反应器改为同体积的PFR ，反应条件不变，则转化率为多少？（9分） （2）当CSTR 中的转化率为0.5时，若将反应器体积增大10倍，反应条件保持不变，则转化率为多少？（9分） 二、在一个等温活塞流反应器中，发生不可逆气相基元反应A 2B →。反应物A 和稀释剂C 以等摩尔比加入，A 的转化率为90%。如果A 的摩尔进料流率减少一半，假设C 的进料流率保持不变，那么A 的转化率为多少？（18分） 三、有如下平行反应： 其动力学方程分别为：8 .15.02B A P C C k r =，3.01B A S C C k r =，其中121==k k ， （1）当A 和B 的初始浓度为L mol C C B A /1500==，均从反应器入口加入，计算A 的转化率为0.5时的瞬时选择性。（5分） （2）对该平行反应，采用怎样的操作方式可以提高反应过程的选择性？（10分） 四、假设某实验室有一非理想化学反应器，请问如何对这个反应器进行分析，如何求该反应器中反应物的转化率？（14分） 五、在球形催化剂上进行一级不可逆反应P A →，催化剂的粒径为 2.4mm ，气流主体中A 的浓度为1mol/m 3，测得单位床层表观反应速率 (－r A )obs ＝2.77×10-5 mol/(cm 3.s)，组分A 在颗粒内有效扩散系数为0.15cm 2/s ，外部传质系数为K G ＝30cm/s 。请问： （1）外扩散对反应过程是否有影响？可通过什么途径来消除该影响？（5分） （2）内扩散对反应过程是否有影响？可通过什么途径来消除该影响？（10分） 六、下表为转框反应器中测得的气固催化反应动力学数据： B A +) (P 主反应) (S 副反应
一、在体积为2.5m 3的理想BR 反应器中进行液相等温一级基元反应A P →， k ＝2.78×10-3 s -1，进口摩尔流率F A0＝11.4 mol/s ，反应物A 初始浓度04/A C mol L =，求： （1）当反应器中A 的转化率为80％，求所需的时间？（6分） （2）若将反应移到CSTR 中进行，其它条件不变，求所需反应器体积？（6分） （3）若将反应移到PFR 中进行，其它条件不变，求所需反应器体积？（6分） 二、在一个等温活塞流反应器中进行气相反应：C B A →+2，该反应对A 和B 均是一级。反应器的入口体积流率为2.5L/min ，进料为等摩尔的组分A 和B 。入口温度和压力分别是727℃和10atm 。在此温度下的反应速率常数k ＝4L/mol ·min 。求： （1）反应器入口处（即X A =0时）A 的浓度？ （4分） （2）反应器入口处（即X A =0时）的反应速率？（4分） （3）当A 的转化率为40%时的浓度？（4分） （4）当A 的转化率为40%时的反应速率？（6分） 三、有如下平行反应： 其动力学方程分别为：3.01B A P C C k r =，8.15.02B A S C C k r =，其中121==k k ， （1）当A 和B 的初始浓度为L mol C C B A /2000==，A 和B 均从反应器入口加入，计算A 的转化率为0.9时的瞬时选择性。（6分） （2）对该平行反应，采用怎样的操作方式可以提高反应过程的选择性？（8分） 四、在非等温反应器操作过程中，可能出现多态现象，请问什么是多态现象？请判断下图所示中，哪些点是稳定操作点，哪些点是不稳定操作点，并分析其原因？（12分） B A +)(P 主反应→) (S 副反应→R(T),G(T)
搅拌式反应器的模拟与优化设计 摘要 在综述了计算流体力学(CFD)技术在搅拌式反应器中的研究进展的基础上，着重讨论了搅拌式反应器中流场的模拟方法, 包括“黑箱”模型法、内外迭代法、多重参考系法和滑移网格法, 并指出了CFD技术的发展方向。在此基础上, 对反应器内流场的数学模型进行了介绍与评价。最后提出应用人工神经网络技术与遗传算法, 优化生物反应的工艺操作条件, 并结合CFD技术, 实现生物反应器的结构优化, 从而达到对生物反应系统整体优化的目的, 以指导实验与工业生产。 关键词计算流体力学，搅拌式反应器，数值模拟，人工神经网络，优化设计Simulation and optimization design of Stirred reactor Abstract： Base on the overview of computational fluid dynamics (CFD) technology in the stirred reactor research,we focused on the mixing reactor simulation of the flow field, including "black box" model of law, internal and external iteration, multiple reference frame method and the sliding mesh method, and pointed out the direction of development of CFD technology. On these basis,we described and evaluated the reactor flow mathematical model.We concludes with the application of artificial neural network and genetic algorithm to optimize the process operating conditions, biological response, and results combined CFD technology to achieve optimization of the structure of the bioreactor, so as to achieve overall optimization of the bioreactor system aims to guide experiments and industrial production. Keyword: computational fluid dynamics, stirred reactor, numerical simulation, artificial neural networks, optimization 第1章前言 搅拌式反应器( Stirred Tank Reactor, STR)因其结构灵活、操作方式多样
Equation Chapter 1 Section 1简介 什么是Process Flowsheet Process Flowsheet（流程图）可以简单理解为设备或其一部分的蓝图.它确定了所有的给料流,单元操作,连接单元操作的流动以及产物流.其包含的操作条件和技术细节取决于Flowsheet的细节级别.这个级别可从粗糙的草图到非常精细的复杂装置的设计细节. 对于稳态操作,任何流程图都会产生有限个代数方程。例如,只有一个反应器和适当的给料和产物,方程数量可通过手工计算或者简单的计算机应用来控制。但是,当流程图复杂程度提高,且带有很多清洗流和循环流的蒸馏塔、换热器、吸收器等加入流程图时,方程数量很容易就成千上万了。这种情况下,解这一系列代数方程就成为一个挑战。然而,叫做流程图模拟的电脑应用专门解决这种大的方程组,Aspen PlusTM,ChemCadTM,PRO/IITM。这些产品高度精炼了用户界面和网上组分数据库。他们被用于在真是世界应用中,从实验室数据到大型工厂设备。 流程模拟的优点 在设备的三个阶段都很有用：研究&发展,设计,生产。在研究&发展阶段,可用来节省实验室实验和设备试运行；设计阶段可通过与不同方案的对比加速发展；生产阶段可用来对各种假设情况做无风险分析。 流程模拟缺点 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 界面基础 启动AspenPlus,一个新的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创建你的模拟,然后运行连接到另一个电脑的模拟引擎。这里我们使用Local PC 模拟引擎。缺省值不变。点击OK。
A S P E N P L U S反应器模 拟教程 Prepared on 21 November 2021
简介 什么是Process Flowsheet Process Flowsheet（流程图）可以简单理解为设备或其一部分的蓝图.它确定了所有的给料流,单元操作,连接单元操作的流动以及产物流.其包含的操作条件和技术细节取决于Flowsheet的细节级别.这个级别可从粗糙的草图到非常精细的复杂装置的设计细节. 对于稳态操作,任何流程图都会产生有限个代数方程。例如，只有一个反应器和适当的给料和产物，方程数量可通过手工计算或者简单的计算机应用来控制。但是，当流程图复杂程度提高，且带有很多清洗流和循环流的蒸馏塔、换热器、吸收器等加入流程图时，方程数量很容易就成千上万了。这种情况下，解这一系列代数方程就成为一个挑战。然而，叫做流程图模拟的电脑应用专门解决这种大的方程组，Aspen PlusTM，ChemCadTM，PRO/IITM。这些产品高度精炼了用户界面和网上组分数据库。他们被用于在真是世界应用中，从实验室数据到大型工厂设备。 流程模拟的优点 在设备的三个阶段都很有用：研究&发展，设计，生产。在研究&发展阶段，可用来节省实验室实验和设备试运行；设计阶段可通过与不同方案的对比加速发展；生产阶段可用来对各种假设情况做无风险分析。 流程模拟缺点 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 界面基础 启动AspenPlus，一个新的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。