Aspen流程模拟——反应器设计

软件版本为V11.0，语言中文。本人所学有限，内容讲解难免有所疏漏，敬请指正。

本文所用文献资料及bkp文件等见本文结尾链接。

在设计大赛中，反应器设计要求如下。由于必须含动力学因此大都只使用Aspen中的RPlug（平推流）和RCSTR（全混流）。在Aspen中对于反应器只能进行简单的模拟，详细的反应器设计可使用往届设计大赛用到的流体模拟软件或者参考全国“互联网+化学反应工程”课模设计大赛的一些作品。

1.RPlug模型

显然其为固定床，而固定床又分为绝热和列管换热，其区分于反应热效应。

对于乙酸酮化反应：2CH3COOH→CH3COCH3+CO2+H2O。动力学来自：

反应器压降一般在0.1~0.5bar

催化剂参数简单输入如下

由范特霍夫方程简单计算得出为吸热反应

可以先通过选择绝热查看反应器的温度变化

运行无误后，选定模块，在主页上选择温度曲线

显然温度随气流的不断前进，从进口的230℃降低到出口的165~170℃

对于列管换热最简单的方法就是选择恒定温度不变

如果选择换热就必须指定传热系数，同时加入热流股。刚开始设定的时候，设定的这些参数传热系数很难计算出精确结果，要根据结果在设备选型计算书中进行验证，两者相差不大即可

计算传热系数（参照设备选型计算书），所需流股的黏度、热导率等参数可通过运行的流股结果，点击添加物性，自行添加查看

简单设定添加热流股，选择中压蒸汽（4MPa），蒸汽流量初值为80 kmol/h。看出中压蒸汽首先相变再降温，且冷热流股出口温度相近（因为传热系数导致热量交换完全，设定的400只是随便输入的一个值）

可以通过灵敏度分析或者设计规范调节蒸汽量来调控温度。

依据实际工艺，选择主反应转化率为90%，副反应简单设定为乙酸裂化为甲烷与二氧化碳，转化率为0.1%（转化率设定一定不要太影响后续的分离）。（中科锦龙（河南）能源科技有限公司年产5万吨醋酸制丙酮项目，采用中科院山西煤化所的醋酸制丙酮专利技术）

催化剂依据专利为过渡金属碳化物（转化率与过渡金属种类相关），但无密度等参数；如按动力学则为Ru/TiO2。此时都需要自行查找相关催化剂厂商查询有关参数，本文设定参数仅供参考。

通过灵敏度分析查看温度与转化率曲线，X为反应后丙酮，Y为反应前乙酸，A为转化率

设定Fortran语句如下

曲线如下

反应温度应在220℃左右，采用设计规范可精确到90%

后续副反应采用RStoic，如果有副反应动力学的话就直接用第一个

可以通过设计规范精确到0.1%的转化率，也可以粗略输入。变量为反应转化率，要求的0.1%转化率以Fortran语句进行查看

绝热式采用床层，一般为单管（通过体积换算得出直径）

显然初始流股需要更高的温度才可保证高转化率

同上以设计规范分别得出90%、0.1%转化

2.RCSTR模型

该模型为全混釜，返混无穷大。

对于乙酸乙酯合成：CH3COOH+CH3CH2OH⇌CH3COOCH2CH3+H2O。动力学来自：

这里对于反应器，可以选定体积和停留时间。体积是通过转化率灵敏度分析得出，停留时间参考工艺得出。其余分析可同上

通常流股为液相或气液两相，对于气液两相，气体通过分布器自下由上进行流动，液体从上方进料。出料的气体会夹带其他组分，一般使用闪蒸分离。

本文所用文件链接：https://pan.baidu.com/s/1MOsFYaThb4iixPmcd55kSg?pwd=abcd 

提取码：abcd