aspen換熱器的模擬計算ppt課件

1、第6講 換熱器的模擬計算一、換熱器模塊l1.1模塊類型模塊類型模型模型闡明闡明目的目的用于用于Heater加熱器或冷卻器加熱器或冷卻器確定出口物流的熱和確定出口物流的熱和相態(tài)條件相態(tài)條件加熱器、冷卻器、冷凝加熱器、冷卻器、冷凝器等器等HeatX兩股物流的換熱器兩股物流的換熱器在兩個物流之間換熱在兩個物流之間換熱兩股物流的換熱器。當(dāng)兩股物流的換熱器。當(dāng)知道幾何尺寸時，核算知道幾何尺寸時，核算管殼式換熱器管殼式換熱器MHeatX多股物流的換熱器多股物流的換熱器在多股物流之間換熱在多股物流之間換熱多股熱流和冷流換熱器，多股熱流和冷流換熱器，兩股物流的換熱器，兩股物流的換熱器，LNG換熱器換熱器Het

2、ran管殼式換熱器管殼式換熱器提供提供B-JAC Hetran管管殼式換熱器程序界面殼式換熱器程序界面管殼式換熱器，包括釜管殼式換熱器，包括釜式再沸器式再沸器Aerotran空冷換熱器空冷換熱器提供提供B-JAC Aerotran空冷換熱器程序界面空冷換熱器程序界面錯流式換熱器包括空氣錯流式換熱器包括空氣冷卻器冷卻器l1.2模塊運用闡明模塊運用闡明l1.2.1加熱器加熱器heaterl特點：流程模擬中運用，與構(gòu)造無關(guān)，主要精神放在工藝上特點：流程模擬中運用，與構(gòu)造無關(guān)，主要精神放在工藝上l演示演示1：將：將5t常溫常壓下苯常溫常壓下苯44%wt、甲苯混合液加熱到泡點，求熱負荷，、甲苯混合液加熱

3、到泡點，求熱負荷，泡點溫度泡點溫度 l演示演示2：采用：采用2t 100C熱水，將熱水，將5t常溫常壓下苯常溫常壓下苯44%wt、甲苯混合液加熱，、甲苯混合液加熱，熱水出口溫度熱水出口溫度50C，求熱負荷，加熱溫度，求熱負荷，加熱溫度l練習(xí)練習(xí)1：將：將5t常溫常壓下苯常溫常壓下苯44%wt、甲苯混合液加熱到露點、甲苯混合液加熱到露點, 采用采用3bar蒸蒸汽，需求多少汽，需求多少kg蒸汽？蒸汽？l不一定什么都需求不一定什么都需求Aspen來干來干l1.2.2物流換熱器物流換熱器HeatXl特點：實現(xiàn)流程中兩物流換熱，需知道構(gòu)造，不建議用在過程模擬中特點：實現(xiàn)流程中兩物流換熱，需知道構(gòu)造，不建

4、議用在過程模擬中l(wèi)1輸入規(guī)定輸入規(guī)定窗口稱號窗口稱號作用作用Setup規(guī)定簡捷或詳細的計算、流動方向、換熱器壓降、傳熱系數(shù)計算方法和膜系數(shù)。規(guī)定簡捷或詳細的計算、流動方向、換熱器壓降、傳熱系數(shù)計算方法和膜系數(shù)。Options規(guī)定熱側(cè)和冷側(cè)不同的閃蒸收斂參數(shù)和有效相態(tài)，規(guī)定熱側(cè)和冷側(cè)不同的閃蒸收斂參數(shù)和有效相態(tài)，HeatX收斂參數(shù)和模塊規(guī)定報告選收斂參數(shù)和模塊規(guī)定報告選項。項。Geometry規(guī)定殼程和管程的構(gòu)造，并指明任何翅片管、折流擋板或管嘴。規(guī)定殼程和管程的構(gòu)造，并指明任何翅片管、折流擋板或管嘴。User Subroutines規(guī)定用戶定義的規(guī)定用戶定義的Fortran子程序的參數(shù)來計算整

5、個的傳熱系數(shù)、子程序的參數(shù)來計算整個的傳熱系數(shù)、LMTD校正因子、管校正因子、管壁液體滯留量或管壁壓降。壁液體滯留量或管壁壓降。Hot-Hcurves規(guī)定熱流的加熱或冷卻曲線表和閱讀結(jié)果表規(guī)定熱流的加熱或冷卻曲線表和閱讀結(jié)果表Cold-Hcurves規(guī)定冷流的加熱或冷卻曲線表和閱讀結(jié)果表規(guī)定冷流的加熱或冷卻曲線表和閱讀結(jié)果表Block Options交換這個模塊的物性、模擬選項、診斷音訊程度和報告選項的全局值。交換這個模塊的物性、模擬選項、診斷音訊程度和報告選項的全局值。Results閱讀結(jié)果、質(zhì)量和能量平衡、壓降、速度和區(qū)域分析匯總。閱讀結(jié)果、質(zhì)量和能量平衡、壓降、速度和區(qū)域分析匯總。Det

6、ailed Results閱讀詳細的殼程和管程的結(jié)果以及關(guān)于翅片管、折流擋板和管嘴的信息。閱讀詳細的殼程和管程的結(jié)果以及關(guān)于翅片管、折流擋板和管嘴的信息。Dynamic規(guī)定動力學(xué)模擬的參數(shù)。規(guī)定動力學(xué)模擬的參數(shù)。l2計算類型計算類型l殼程類型殼程類型 TEMA shell typel管程數(shù)管程數(shù) No. of tube passesl換熱器方位換熱器方位 Exchanger orientationl密封條數(shù)密封條數(shù) Number of sealing strip pairsl管程流向管程流向 Direction of tubeside flowl殼內(nèi)徑殼內(nèi)徑 Inside shell diam

7、eterl殼殼/管束間隙管束間隙 Shell to bundle clearancel1.3換熱器構(gòu)造參數(shù)闡明換熱器構(gòu)造參數(shù)闡明l兩個重要的殼體尺寸：兩個重要的殼體尺寸：l殼體內(nèi)徑殼體內(nèi)徑l殼體到管束的最大直徑的環(huán)形面積殼體到管束的最大直徑的環(huán)形面積lOuter Tube Limitl管束外層的最大直徑管束外層的最大直徑lShell Diameterl殼體直徑殼體直徑lShell to Bundle Clearancel殼層到管束的環(huán)形面積殼層到管束的環(huán)形面積 l殼側(cè)膜系數(shù)和壓降計算需求殼體內(nèi)擋板的殼側(cè)膜系數(shù)和壓降計算需求殼體內(nèi)擋板的幾何尺寸。幾何尺寸。 l對于弓形折流擋板，需求的信息包括：對

8、于弓形折流擋板，需求的信息包括：l折流擋板切口高度折流擋板切口高度l折流擋板間距折流擋板間距l(xiāng)折流擋板面積折流擋板面積l對于圓盤形折流擋板需求的信息包括：對于圓盤形折流擋板需求的信息包括：l環(huán)形直徑環(huán)形直徑l支承盤的幾何尺寸支承盤的幾何尺寸 Baffle Cut 折流擋板的切口高度折流擋板的切口高度Tube Hole 管孔管孔Shell to Baffle Clearance 殼層到折流擋板的環(huán)形面積殼層到折流擋板的環(huán)形面積Rod Diameter 圓盤直徑圓盤直徑Ring Outside Diameter 環(huán)外徑環(huán)外徑Ring Inside Diameter 環(huán)內(nèi)徑環(huán)內(nèi)徑l計算管側(cè)膜系數(shù)和壓

9、降需求管束的幾何尺寸。計算管側(cè)膜系數(shù)和壓降需求管束的幾何尺寸。l對裸管換熱器或低翅片管換熱器對裸管換熱器或低翅片管換熱器 l管子總數(shù)管子總數(shù) Total number l管子長度管子長度 Lengthl管子直徑管子直徑 Diameterl管子的陳列管子的陳列 Patternl管子的材質(zhì)管子的材質(zhì) Material 管程參數(shù)還有管尺寸(Tube size)，可用兩種方式輸入：實踐尺寸 Actual內(nèi)徑 Inner diameter外徑 Outer diameter 厚度 Tube thickness 三選二公稱尺寸 Nominal 直徑 Diameter BWG規(guī)格 Birmingham wir

10、e gauge管翅構(gòu)造 對于翅片管，還需從管翅(Tube fins)表單中輸入以下參數(shù)：翅片高度 Fin height 翅片高度 / 翅片根部平均直徑Fin height /Fin root mean diameter翅片間距 Fin spacing:每單位長度的翅片數(shù) / 翅片厚度Number of fins per unit length /Fin thickness擋板構(gòu)造有兩種擋板構(gòu)造可供選用： 1、圓缺擋板 Segmental baffle 2、棍式擋板 Rod baffle從擋板(Baffles)表單中進展選擇并輸入有關(guān)參數(shù)。圓缺擋板需輸入以下參數(shù)：一切殼程中的擋板總數(shù) No. o

11、f baffles, all passes擋板切割分率 Baffle cut (fraction of shell diameter)管板到第一擋板的間距 Tubesheet to 1st baffle spacing擋板間距 Baffle to baffle spacing殼壁/擋板間隙 Shell-baffle clearance管壁/擋板間隙 Tube-baffle clearance 管嘴即換熱器的物料進出接口，需從Nozzle表單中輸入以下參數(shù)：輸入殼程管嘴直徑 Enter shell side nozzle diameters 進口管嘴直徑 Inet nozzle diameter

12、 出口管嘴直徑 Outlet nozzle diameter輸入管程管嘴直徑 Enter tube side nozzle diameters 進口管嘴直徑 Inlet nozzle diameter 出口管嘴直徑 Outlet nozzle diameter1.4簡捷計算(shortcut) 簡捷計算只能與設(shè)計或模擬選項配合。簡捷計算不思索換熱器的幾何構(gòu)造對傳熱和壓降的影響，人為給定傳熱系數(shù)和壓降的數(shù)值。 運用設(shè)計(design)選項時，需設(shè)定熱(冷)物流的出口形狀或換熱負荷，模塊計算到達指定換熱要求所需的換熱面積。 運用模擬(simulation)選項時，需設(shè)定換熱面積，模塊計算兩股物流的

13、出口形狀。l演示演示3：采用：采用2t 100C熱水，將熱水，將5t常溫常壓下苯常溫常壓下苯44%wt、甲、甲苯混合液加熱。苯混合液加熱。l1知知K=500、S=5，求冷熱出口溫度。，求冷熱出口溫度。63，62l2知知K=500、熱物流出口溫度、熱物流出口溫度50C，求面積。，求面積。10l留意：留意：a、冷熱物料進口對應(yīng)、冷熱物料進口對應(yīng)l b、有相變時很難收斂，改動、有相變時很難收斂，改動Options中的閃蒸類型中的閃蒸類型l c、結(jié)果有時不對，須仔細驗證、結(jié)果有時不對，須仔細驗證l練習(xí)練習(xí)2：演示：演示3中，知中，知K=300、S=8，求冷熱出口溫度，求冷熱出口溫度1.5詳細計算(de

14、tailed) 詳細計算只能與核算或模擬選項配合。詳細計算可根據(jù)給定的換熱器幾何構(gòu)造和流動情況計算實踐的換熱面積、傳熱系數(shù)、對數(shù)平均溫度校正因子和壓降。 運用核算(rating)選項時，模塊根據(jù)設(shè)定的換熱要求計算需求的換熱面積。 運用模擬(simulation)選項時，模塊根據(jù)實踐的換熱面積計算兩股物流的出口形狀。l演示演示4：采用：采用2t 100C熱水，將熱水，將5t常溫常壓下苯常溫常壓下苯44%wt、甲、甲苯混合液加熱。苯混合液加熱。l1知殼徑知殼徑500、管長、管長6m，10025*2根管子，根管子，2管程，求冷管程，求冷熱出口溫度。熱出口溫度。55，72l2核算熱物流出口溫度核算熱物

15、流出口溫度50C，需求多少面積？，需求多少面積？150l留意：留意：a、冷熱物料進口對應(yīng)、冷熱物料進口對應(yīng)l b、有相變時很難收斂，改動、有相變時很難收斂，改動Options中的閃蒸類型中的閃蒸類型l c、結(jié)果有時不對，須仔細驗證、結(jié)果有時不對，須仔細驗證l練習(xí)練習(xí)3：演示：演示4中，冷熱污垢系數(shù)取中，冷熱污垢系數(shù)取0.0002，求冷熱出口溫度，求冷熱出口溫度二、換熱器核算與設(shè)計BJACl例例1：知填料塔的填料總高度：知填料塔的填料總高度8m，進料以上，進料以上5m，填料為，填料為Mellapak250Y，分別含苯，分別含苯44 wt甲苯混和物。進料量甲苯混和物。進料量5000kg/h，塔頂采

16、出塔頂采出98%wt苯，塔底采出苯，塔底采出98%wt甲苯。進料由常溫預(yù)熱至泡甲苯。進料由常溫預(yù)熱至泡點進料，產(chǎn)品甲苯需冷卻至點進料，產(chǎn)品甲苯需冷卻至50C。l演示一：求各個換熱器的熱負荷演示一：求各個換熱器的熱負荷l分析：確定實際板數(shù)，查手冊：分析：確定實際板數(shù)，查手冊：2.5塊塊/m,l共共2.58121塊，塊，l進料位置進料位置2.5513塊塊l設(shè)計規(guī)定求流量、進口溫度設(shè)計規(guī)定求流量、進口溫度l熱集成熱集成l演示二、用循環(huán)水冷卻，演示二、用循環(huán)水冷卻，2838，求循環(huán)水流量。，求循環(huán)水流量。lF=Q/(38-28)/1=7000kg/hl演示三、精餾塔進料演示三、精餾塔進料25，塔底出料

17、不用循環(huán)水冷，采，塔底出料不用循環(huán)水冷，采用它來預(yù)熱進料，問能預(yù)熱到多少用它來預(yù)熱進料，問能預(yù)熱到多少？l學(xué)習(xí)熱量流的運用學(xué)習(xí)熱量流的運用l學(xué)習(xí)熱量回收的根本方法學(xué)習(xí)熱量回收的根本方法l預(yù)熱溫度預(yù)熱溫度63，接近泡點，接近泡點例1-3.exel演示四、對上例中精餾塔預(yù)熱器進展設(shè)計，求面積、構(gòu)造演示四、對上例中精餾塔預(yù)熱器進展設(shè)計，求面積、構(gòu)造l學(xué)習(xí)液液換熱器的設(shè)計方法學(xué)習(xí)液液換熱器的設(shè)計方法l學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)BJAC根本運用方法根本運用方法l解：解：l知熱側(cè)：知熱側(cè)：2800kg/h，11150，組成甲苯，組成甲苯98%l冷側(cè)：冷側(cè)：5000kg/h，25進，組成：苯進，組成：苯44%l污垢熱阻：兩側(cè)

18、均取污垢熱阻：兩側(cè)均取0.0003l熱側(cè)走管程熱側(cè)走管程l進展設(shè)計進展設(shè)計sizingl數(shù)據(jù)導(dǎo)出數(shù)據(jù)導(dǎo)出例2-1(1).exe例2-1(2).exe例2-2.exel設(shè)計結(jié)果：設(shè)計結(jié)果：l兩個換熱器串聯(lián)，兩個換熱器串聯(lián)，3m23m26m2l直徑直徑159mm ，16300019mm管；管；4管程管程l設(shè)計余量設(shè)計余量14%。l核算核算rating)l根據(jù)設(shè)計數(shù)據(jù)核算規(guī)范換熱器能否能用根據(jù)設(shè)計數(shù)據(jù)核算規(guī)范換熱器能否能用l直徑直徑219mm，33300019mm； 1管程；面積管程；面積25.7m2l直徑直徑325mm，68200019mm； 4管程；面積管程；面積27.7m2l已有換熱器核算已有換熱器核算l直徑直徑400mm，76600025mm； 4管程；面積管程；