采用ChemCAD计算CO变换催化剂用量.docx

7.4.3采用ChemCAD计算CO变换催化剂用量化学反应器中流体流动状况影响反应速率和反应选择性，直接影响反应结果流动模型 是反应器中流体流动与返混的描述理想流动模型是两种极限情况：完全没有返混的平推流 反应器和返混为极大值的全混流反应器在实际化学工业中，固定床反应器的流动模型接近 于平推流，反应釜的流动模型接近于全混流CHEMCAD中的kinetic reactor单元设备可以 进行这两种理想流动模型反应器的工艺设计本节以平推流固定床反应器为例说明如何应用 CHEMCAD 进行反应器的工艺设计平推流反应器的数学模型：其中质量衡算式：dN dxr =± a = V c aA dV 0 AdVRR= f1(T, xA)(8-7)即反应速率rA是温度T和转化率xA的函数 其中能量衡算式：(8-8)—Y Nc dT = K(T-T )dA + AH r dVi pi a R A R因为各组分摩尔流量Ni是xA的函数，各组分的热容c.,是温度T的函数，换热面积Ai A pi是VR的函数，反应热AHr和反应速率r是T、XA的函数，所以将其变形为：R R A A= f2( T,xA)(8-9)dT~dVR式（8-7）和式（8-8）或（8-9）的具体函数形式就组成了平推流反应器的数学模型，采用龙格库塔法求解该微分方程组即可得到反应器出口温度和转化率。

例8-3某日产lOOOt合成氨装置的中温变换反应器为绝热固定床，在3.05MPa压力下 操作，进口气体摩尔流量NT0=97O7.4kmol/h,其中 yCO,0=0.0810,，h2o,0=0.3735,，CO2,0=0.0488, yH2,0=0.3535, yN2,0=0.1432，反应采用某＜p6mmX6mm圆柱形铁系催化剂，干原料气中H2S 含量V10“L/L现在要求反应器出口 yCOe=0.0212,当进口温度分别为360°C, 380°C, 395°C 时的催化剂体积已知该催化剂上变换反应为：CO + H2O = CO2 + H2 + 41加宏观动力学方程为：dNCOdVRk / 1t (y y22.4 CO H2O KPy y ),kmol/(m3 - h)CO2 H2式中 kT=C exp(15.9 — 4900)CORKp为反应平衡常数,lnKP4575—4.33该催化剂在3.05MPa压力下操作时，压力校正系数C1= 4.1, kT为常压下工业催化剂的 反应速率常数，以将内扩散过程对催化剂颗粒内传质的影响考虑在内设计时采用相对活性 系数 COR = 0.9解题步骤：步骤 1．新建文件名“例8-3”；步骤 2．建立工艺流程图如图8-25 所示步骤 3．单位选择，以 Metric 单位制为主，将压力单位改为 MPa。

步骤 4.组分选择 CO, H2O, CO2，H2，N2步骤5.相平衡模型(K值模型)和焓值模型选择专家系统推荐的IVP和SRK步骤6.编辑进料信息温度：360°C，压力：3.05MPa，组分摩尔分率：CO 0.0810, 水 0.3735, CO2 0.0488, H2 0.3535, N2 0.1432，总流量 9707.4kmol/h步骤7.编辑动力学反应器的信息双击动力学反应器的图标，弹出“Kinetic Reactor (KREA)”窗口，在General Specifications活页窗口中作图8-26所示的选择图 8-26 固定床反应器操作信息编辑窗口 1点击图8-26的More Specifications活页窗口，作图8-27所示的选择，然后点击OK按钮:图 8-27 固定床反应器操作信息编辑窗口 2步骤8.进入反应式的信息编辑窗口，反应信息编辑如图8-28所示，然后点击OK按钮:图 8-28 变换反应式的信息编辑窗口图 8-29 动力学方程自定义窗口步骤9.进入反应动力学方程自定义窗口 “Unit： 1 — User Rate Expressions” ，如图 8-29所示，在“Rxn 1”活页窗口中用VB语言编写动力学方程。

步骤 10.点击“确定”按钮，运行本题，得到反应器体积，改变进料温度，结果如下 表所示：表8-3不同进料温度对应的不同反应器体积进口温度C出口温度CVR (COR=0.9) m3360425.463.99380444.962.28395459.588.47。