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aspen如何模擬化學反應

發布時間:2022-12-22 02:44:59

『壹』 Aspen入門篇2—Aspen Plus 使用介紹

      上一篇給大家簡單介紹了化工流程模擬的一些基礎知識和利用Aspen Plus解決化工生產問題的一個實例,使大家對Aspen Plus有一個感性的認識。接下來我們將基於Aspen Plus 8.4的用戶界面給大家做一個 Aspen Plus 的使用介紹。

雙擊Aspen Plus 8.4,打開如下界面

Open選項 :打開已保存的Aspen Plus文件,這里文件格式分為兩種,一種是bkp文件,另一種是apw文件;

New選項 :新建一個模擬文件,點擊new,出現如下界面:(常用的有通用米制單位和化工米制單位)

點擊 Blank Simulation,建立一個空白的模擬文件 ,如下圖:(即為Aspen Plus的初始界面)

從上圖中可以看出 ,Aspen Plus主要分為三個界面,即為Properties界面(物性界面)、Simulation界面(模擬界面)、Energy Analysis界面(能量分析界面) (不常用,這里不多加贅述)。

下面首先介紹 Properties 界面,即所說的物性界面,這一部分是完成流程模擬設計的基礎,主要包括以下幾個方面:

(一)設置選項 :主要包括單位選擇和輸出報告設置(當進行一個過程模擬時,需要求某些物理量或者參數時,單位的選擇是特別重要的,默用的是METCBAR,當然也可以選擇其它的單位集或者自定義單位集;輸出報告設置里有選擇設置某些物理量是否顯示的復選框,例如摩爾流率、質量流率和體積流率等,根據需要進行必要的設置);

(二)物質輸入選項 :選擇要進行模擬的物質(你要做一個流程模擬,物質的選擇是基礎,很常見的物質可以直接將化學式或分子式輸到Component ID中,至於同分異構體和一些不太常見的物質,可以在find里查詢,進行選擇);

(三)物性方法選擇選項 :選擇正確且合理的物性方法是一個模擬成功的關鍵(正確的物性方法對於一個模擬如同明燈之於航船,方向正確是模擬成功的必要條件,比如液相物質就不能使用維里方程或者RK方程,液液不相容體系就不能使用Wilson方程,選擇正確的熱力學模型對模擬來說至關重要);

(四)物性集設置選項 :選擇指定條件下的物性類型(如果想查看某個條件下純物質或者混合物的熱力學性質或者傳遞性質,常常需要自定義一個物性集,在分析界面規定條件,代入此物性集,系統會根據條件給出此情況下的物性數據);

(五)回歸選項 :對數據進行你和分析(很多方程里的參數是難以從文獻里查到的,甚至根本沒有數據,此時根據實驗測得的數據在軟體中進行擬合,回歸出所需的參數,以供使用);

(六)分析選項 :查詢並得到所需的物性數據設置等(這個模塊通常與物性集設置結合在一起使用,比如求混合物的熱力學性質,此時設定條件,進而根據所設定的物性集運行,軟體系統會根據混合規則及純物質熱力學性質按照混合規則進行運算,以表格形式給出結果);

(七)結果選項 :做回歸以及分析的結果查詢等(結果里顯示系統運算得出的物性數據和一些狀態信息等,便於查詢與訪問)。

這里對模擬界面做一個介紹,模擬界面建立在已有的物質以及已經選擇好的物性方法的基礎上,建立你的流程模擬圖,並設定相應的模塊參數,運行模擬,得到相應的數據。流程模擬圖相當於你所構建的大廈的風格,是哥特式還是羅馬式,並且還需確定「大廈結構風格的具體數據」模塊參數。

這里簡單介紹一下各種模塊,以便大家有一個簡單而又直接的認識,方便大家對模塊的選擇。在後面會對每個模塊做逐個比較詳細的介紹,這里只是作為一個「眼熟的圖畫「。

1)混合器/分離器(Mixer/Splitters) :用於處理多條流股的混合及分離問題,尤其當需要做循環物流的分析時,可以使循環物流與進料物流通過混合器混合,而分離器可以得到多股相同性質的物流,從而進行分析,可以通過比較確定最優路線或條件。

2)閃蒸器: 主要是用來處理汽液閃蒸的問題。

3)換熱器: 主要用來處理換熱的問題,個人覺得處理起來使用EDR更好。

4)塔設備: 塔器在後面會詳細介紹,主要是處理精餾等問題,產物純度較高,這里不多加贅述。

5)反應器: 通過不同的輸入條件選擇不同的反應器處理問題。

6)壓力改變器: 這里主要是泵、閥、壓縮機等器械的使用,對於管線系統也有著極其重要的應用。

以上六種為最常用的六種模塊,對於流程模擬的實現具有重要意義,因此正確掌握要使用的模塊以及設定好模塊的工作參數是極其重要的,通過這些單元模塊的組合幾乎可以完成絕大部分化工流程的模擬工作。

謹以此篇讓大家對Aspen Plus的使用有個良好的入門認識,後面會有更詳細的介紹,敬請期待哦!

下篇預告:Aspen入門篇3—Aspen Plus物性方法選擇及物性估算(上)

『貳』 從理論到實踐:如何利用aspen模擬採用硫酸進行氯氣乾燥過程

Aspen
PLUS中有乾燥設備嗎?樓主說的這個像是吸收,可以用吸收塔試試

『叄』 請教各位Aspen前輩,怎麼使用Aspen查找或者模擬一個反應的反應焓

ASPEN反應的反應熱計算是用反應物和生成物的莫爾生成熱來計算,也可以不必用反應器,直接從COMPONENT中看REVIEW中的DHFORM的數值自己手算即可(數值是25C的標准下,有在不同溫度反應請再搜尋裡面的生成熱公式計算一下吧)祝順利

『肆』 求助,用ASPEN模擬甲醇制烯烴過程甲醇制烯烴用的

要先初步設定好流程,再用aspen來模擬。模擬的時候,先把你需要的第一個設備放上去,然後輸入物料和需要的操作參數條件,先運行一下,如果第一個設備運行成功並且達到你的要求之後,再放第二個設備上去,第二個設備的進料線就是第一個設備的出口線,連起來就行了,只有第一個設備需要輸入物料,其他設備都不用了,但是操作參數條件是要輸進去的。每連一個設備運行一次,免得到最後錯誤很多,很難改的。期待你能做好吧!!!

『伍』 誰用aspen模擬過蒽醌加氫制雙氧水的反應想請教一些問題。

aspen plus的反應精餾的功能是分餾塔在指定塔板(或塔段)完成指定的化學反應,使原來按進料進行相平衡計算,變為含反應生成物(進料中某些組分轉化而來)的相平衡計算。反應部分的功能實際上反應模塊的功能。aspen plus不管反應能否完成,它不管這反應有何種催化劑,當然沒有催化劑的輸入界面和位置。aspen plus更在乎如何很好地模擬含有反應精餾實際過程的整個工藝過程。aspen plus不是用來研究化學反應,而是化學反應在模擬過程中的表達。

『陸』 用ASPEN模擬包括反應,結晶,分離的過程

原理是有機物在不同pH值的溶解度不同,在某個pH值下,它的溶解度最小,調到這個pH就可以結晶了。比較有名的例子就是各種氨基酸。它們本身為兩性化合物,過酸和過鹼溶解度都很大。在接近5-6時,表現為溶解度最小,叫等電點。調節至此區域即可析出晶體。

『柒』 Aspen進階篇6—反應器單元模擬

Aspen Plus軟體中有七個模型用來模擬生產能力類、熱力學平衡類和化學動力學類反應器,見下圖:

​ 生產能力類 包括化學計量反應器(RStoic)和產率反應器(RYield)兩種,其主要特點是用戶指定生產能力進行物料和能量衡算,不考慮熱力學可能性和動力學可行性。

熱力學平衡類 包括平衡反應器(REquil)和吉布斯反應器(RGibbs)兩種,其主要特點是根據熱力學平衡條件計算體系發生化學反應能達到的熱力學結果,不考慮動力學可行性。

化學動力學類 包括全混釜反應器(RCSTR)、平推流反應器(RPlug)和間歇釜反應器(RBatch)三種,其主要特點是根據化學反應動力學計算反應結果。

以上就是三類反應器的簡單介紹,下面我將給大家詳細的介紹,希望在反應器這一部分能幫到大家。

第一類: 生產能力類反應器

(一)化學計量反應器(RStoic)

化學計量反應器是按照化學反應方程式中的計量關系進行反應,從而得到反應器的物料平衡和熱量平衡,可以計算並行反應和串聯反應。使用化學計量反應器模擬時,用戶需給定反應程度或轉化率,以及化學計量方程式,而不用考慮平衡和動力學的影響,如果有多個反應需要指定每個反應的參數。該模型用來模擬單一或多個反應的反應器,其主要參數設置如下表:

操作如下:

Step1:輸入四種物質,並選擇物性方法及查看二元交互作用參數

Step2:構建流程圖

Step3:輸入進料物流參數

常壓條件即為1個大氣壓,見下圖

Step4:設置RStoic反應器參數

先設定溫度、壓力和有效相態

點擊New,新建,然後指定反應、產物及其系數,此外還要指定轉化率(Molar extent指的是反應程度)

Step5:運行並查看結果

在Block/RSTOIC/Results/Summary界面查看結果,熱負荷為-13.41kW

在Setup/Report Options/Streams勾選mole,重新運行,在Steams/Results/PRODUCT里查看出口物流組成,如下圖

至此,我們就得到了想要的結果,回顧一下,整個過程還是比較簡單的,但需要我們掌握各個地方的含義及正確地輸入數據。

(二)產率反應器(RYield)

產率反應器是在知道反應物及反應器出口產物而不知道化學反應計量式時,根據產物分布來計算物料衡算和能量衡算。該模型只考慮總質量守恆而不考慮元素守恆,其主要參數與化學計量反應器不同的在兩個參數:

Step1:輸入九種物質,並選擇物性方法SRK及查看二元交互作用參數

Step2:構建流程圖

Step3:輸入進料物流參數

Step4:設置RYield反應器參數

首先設定溫度、壓力和有效相態

接下來輸入組分及組分含量,產物收率默認為組分收率(Component yields)。(若體系中有不參加反應的惰性組分,則在Insert Components下面輸入框中輸入,則惰性組分不參與反應)

Step5:運行並查看結果

運行之後系統給出警告,這是由於輸入的產物和進料的元素組成不平衡所致,可以忽略。

在Block/RYIELD/Results/Summary界面查看結果,熱負荷為29550.6kW。

第二類: 熱力學平衡類反應器

(一)平衡反應器(REquil)

平衡反應器主要是根據化學反應方程式,按照化學平衡關系式進行反應,並達到化學平衡。其結果只是熱力學計算結果,代表了化學反應可能到達的限度,不考慮化學動力學上的可行性,只能模擬單相和兩相反應,不能模擬三相反應。

平衡反應器需要指定化學計量方程式,根據吉布斯自由能計算平衡常數,通過規定產物生成速率(Extend)或趨近平衡溫度(Temperature Approach)來限制平衡,其主要參數設置如下表:

進料物流經預熱後的溫度為898K,壓力為0.12MPa,進料為乙苯和水蒸氣的混合物,質量比1:20,總進料量為1000kg/h。反應在絕熱條件下進行,物性方法採用SRK方程。計算反應達到平衡時反應器出口溫度和組成。

Step1:輸入3種物質,並選擇物性方法SRK及查看二元交互作用參數

Step2:構建流程圖

Step3:輸入進料物流參數

Step4:設置REquil反應器參數

注意設置為絕熱條件,壓力同進料物流壓力

接下來輸入計量方程式

Step5:運行,查看結果

在Results Summary/Streams界面查看出口物流組成情況

同時查看反應器出口溫度為600.649℃

(二)吉布斯反應器(RGibbs)

吉布斯反應器根據系統的吉布斯自由能趨於最小值的原則,計算同時到達化學平衡和相平衡的系統組成和相分布,不需要知道反應方程式和化學動力學,該反應器可以用來估算系統可能到達的化學平衡和相平衡結果。吉布斯反應器是唯一能處理汽液固三相平衡的反應器模塊,其主要的參數設置如下:

前面操作均與上例相同,包括選擇物質、物性方法進料物流條件

但流程圖不相同,如下

接下來我們輸入模塊參數 ,指定溫度及壓力,而且這里我們默認同時計算相平衡和化學平衡,其餘條件默認,並運行模擬

查看模擬結果 ,我們可以看出,物流計算結果幾乎一致,同時查看反應器結果,這里不是絕熱條件,故此有熱負荷損失,出口溫度、壓力是一致的。

以上就是前兩類反應器的簡單介紹,對於第三類反應器,牽扯到動力學數據,因此把它放在下一篇里介紹,希望大家通過此篇能對反應器有一個初步的認識!

『捌』 Aspen進階篇7—反應器單元模擬(下)

前面我們介紹了生產能力類和熱力學平衡類反應器,這二者均屬於比較簡單的反應器模塊,模塊參數比較少,而這一篇要介紹的動力學反應器比較復雜,牽扯到化學動力學的問題,很多理論知識要在「反應工程」課程里學習。在這一篇里以全混釜反應器為例介紹這方面的內容。

化學動力學類反應器
理想全混釜反應器為動力學反應器,可模擬單、兩、三相體系,也可處理固體。已知化學反應式、動力學方程和平衡關系,可以通過全混釜反應器計算反應器體積和反應時間以及反應器熱負荷,同時可處理動力學控制和平衡控制兩類反應,其主要參數設置如下表:

實例 、用全混釜反應器進行乙酸(A)與乙醇(B)的酯化反應,生成乙酸乙酯(R)和水(S),反應在3atm、100℃下進行,化學反應式為:

CH3COOH+C2H5OH→CH3COOC2H5+H2O

原料中反應組分的質量比為乙酸:乙醇:水=1:2:1.35,反應的速率方程為 :

式中:

已知液體30℃進料,處理量為4m3/h,乙酸的轉化率為35%,是計算反應器的體積。

Step1:輸入組分,選擇物性方法SRK**

Step2:構建流程圖

Step3:設置進料物流參數

Step4:設置RCSTR反應器參數

在Specifications表單操作條件(Operation conditions)中設置溫度、壓力(或熱負荷),在持料狀態(Holp)下設置有效相態和反應器設定方式(7項中選一個,此處選擇反應器體積Reactor volume並輸入數值18)

接下來定義化學反應對象集,

採用默認ID命名R-1,選擇動力學方程類型(Selecttype)為LHHW

每一個化學反應對象集可以包含多個化學反應,每個反應都要設定計量學參數和動力學參數或平衡參數,打開新建的R-1對象集表單Stoichiometry定義化學反應,點擊New…新建化學反應,如下圖所示:

然後輸入化學反應計量方程式

接下來切換到R-1對象集Kinetic表單定義化學反應動力學,如下圖,在動力學表單中為每一個化學反應選擇發生反應的相態(Reacting phase)和濃度基準(Ratebasis)。對LHHW型動力學方程,要分別定義反應動力學因子(Kinetic factor)、推動力表達式(Drivingforce expression)和吸附表達式(Adsorption expression),根據已知,輸入動力學因子數據

點擊Driving Force打開推動力表達式輸入界面,包括兩項:Term1和Term2,分別代表正反應和逆反應的推動力,分別表達為體系中各組分濃度的冪乘積,Term1、2項輸入如下,參數A、B根據已知數據和上述公式計算而來。(此過程不存在吸附過程的影響,無需設置吸附表達式)

正反應推動力表達式設置表單

逆反應推動力表達式設置表單

Step5:運行,查看乙酸的轉化率是否達到要求

查看乙酸的進出口流率,轉化率=(進口流率-出口流率)/進口流率=17.84%(用電腦計算器算的哦)

Step6:利用設計規定將乙酸的轉化率調到35%

以乙酸的進出口摩爾流率作為採集變數(即目標變數)

指定轉化率為35%

設定操作變數為反應器體積

運行,查看反應器結果:熱負荷為251.3kW,反應器體積為20.28m3,停留時間為4.56h。

這就是今天要介紹的內容,歡迎朋友們留言交流,也歡迎點贊、分享。

精彩回顧

Aspen進階篇6—反應器單元模擬(上)

Aspen進階篇5—塔設備單元模擬

Aspen進階篇4—流體輸送單元

Aspen進階篇3—換熱器單元模擬

Aspen進階篇2—簡單單元模擬(下)

Aspen進階篇1—簡單單元模擬(上)

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『玖』 aspen怎麼模擬金屬化合物

1、建立空白模擬。
2、輸入所需金屬成分。
3、選擇物性方法在Methodfilter中選擇ALL之後選擇NRTL-RK。
4、確認物性方法點擊模擬即可。
5、以上就是aspen模擬金屬化合物的方法。

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