aspen換熱器的模擬計算課件

1、ASPEN PLUS 與化工過程模擬第6講 換熱器的模擬計算ASPEN PLUS 與化工過程模擬第6講 換熱器的模擬計一、換熱器模塊1.1模塊類型模型說明目的用于Heater加熱器或冷卻器確定出口物流的熱和相態(tài)條件加熱器、冷卻器、冷凝器等HeatX兩股物流的換熱器在兩個物流之間換熱兩股物流的換熱器。當知道幾何尺寸時，核算管殼式換熱器MHeatX多股物流的換熱器在多股物流之間換熱多股熱流和冷流換熱器，兩股物流的換熱器，LNG換熱器Hetran管殼式換熱器提供B-JAC Hetran管殼式換熱器程序界面管殼式換熱器，包括釜式再沸器Aerotran空冷換熱器提供B-JAC Aerotran空冷換熱器

2、程序界面錯流式換熱器包括空氣冷卻器一、換熱器模塊1.1模塊類型模型說明目的用于Heater加熱1.2模塊應用說明1.2.1加熱器（heater）特點：流程模擬中應用，與結構無關，主要精力放在工藝上演示1：將5t常溫常壓下苯（44%wt）、甲苯混合液加熱到泡點，求熱負荷，泡點溫度 演示2：采用2t 100C熱水，將5t常溫常壓下苯（44%wt）、甲苯混合液加熱，熱水出口溫度50C，求熱負荷，加熱溫度練習1：將5t常溫常壓下苯（44%wt）、甲苯混合液加熱到露點, 采用3bar蒸汽，需要多少kg蒸汽？（不一定什么都需要Aspen來干）1.2模塊應用說明1.2.2物流換熱器（HeatX）特點：實現(xiàn)流

3、程中兩物流換熱，需知道結構，不建議用在過程模擬中1）輸入規(guī)定窗口名稱作用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)。Options規(guī)定熱側和冷側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)定報告選項。Geometry規(guī)定殼程和管程的結構，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Fortran子程序的參數(shù)來計算整個的傳熱系數(shù)、LMTD校正因子、管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瀏覽結果表Cold-Hcurves規(guī)定冷流的加熱或冷卻曲線表和瀏覽結果表Block Opti

4、ons替換這個模塊的物性、模擬選項、診斷消息水平和報告選項的全局值。Results瀏覽結果、質量和能量平衡、壓降、速度和區(qū)域分析匯總。Detailed Results瀏覽詳細的殼程和管程的結果以及關于翅片管、折流擋板和管嘴的信息。Dynamic規(guī)定動力學模擬的參數(shù)。1.2.2物流換熱器（HeatX）窗口名稱作用Setup規(guī)定2）計算類型2）計算類型殼程類型 TEMA shell type管程數(shù) No. of tube passes換熱器方位 Exchanger orientation密封條數(shù) Number of sealing strip pairs管程流向 Direction of tube

5、side flow殼內徑 Inside shell diameter殼/管束間隙 Shell to bundle clearance1.3換熱器結構參數(shù)說明1.3換熱器結構參數(shù)說明殼體類型 殼體類型 殼體尺寸兩個重要的殼體尺寸：殼體內徑殼體到管束的最大直徑的環(huán)形面積Outer Tube Limit管束外層的最大直徑Shell Diameter殼體直徑Shell to Bundle Clearance殼層到管束的環(huán)形面積 殼體尺寸兩個重要的殼體尺寸：折流擋板的幾何尺寸 殼側膜系數(shù)和壓降計算需要殼體內擋板的幾何尺寸。 對于弓形折流擋板，需要的信息包括：折流擋板切口高度折流擋板間距折流擋板面積對于圓

6、盤形折流擋板需要的信息包括：環(huán)形直徑支承盤的幾何尺寸 折流擋板的幾何尺寸 殼側膜系數(shù)和壓降計算需要殼體內擋板的幾何折流擋板的幾何結構Baffle Cut 折流擋板的切口高度Tube Hole 管孔Shell to Baffle Clearance 殼層到折流擋板的環(huán)形面積Rod Diameter 圓盤直徑Ring Outside Diameter 環(huán)外徑Ring Inside Diameter 環(huán)內徑折流擋板的幾何結構Baffle CutRod Diame管子的幾何尺寸 計算管側膜系數(shù)和壓降需要管束的幾何尺寸。對裸管換熱器或低翅片管換熱器 管子總數(shù) Total number 管子長度 Leng

7、th管子直徑 Diameter管子的排列 Pattern管子的材質 Material管子的幾何尺寸 計算管側膜系數(shù)和壓降需要管束的幾何尺寸。管程參數(shù) 管程參數(shù)還有管尺寸(Tube size)，可用兩種方式輸入：實際尺寸 Actual內徑 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 wire gauge管程參數(shù) 管程參數(shù)還有管尺寸(Tube siz列管排列模式 列管排列模式 管翅結構 對于翅片管，還需從管翅(Tube fins)表單中輸入以下參數(shù)：翅片

8、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管翅結構 對于翅片管，還需從管翅(Tube 擋板結構有兩種擋板結構可供選用： 1、圓缺擋板 Segmental baffle 2、棍式擋板 Rod baffle從擋板(Baffles)表單中進行選擇并輸入有關參數(shù)。擋板結構有兩種擋板結構可供選用：圓缺擋板圓缺擋板需輸入以下參數(shù)：所有殼程中的擋板總數(shù) No. of ba

9、ffles, 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圓缺擋板圓缺擋板需輸入以下參數(shù)：管嘴 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 n

10、ozzle diameter 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 diameter管嘴 管嘴即換熱器的物料進出接口，需從Nozzl1.4簡捷計算(shortcut) 簡捷計算只能與設計或模擬選項配合。簡捷計算不考慮換熱器的幾何結構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。 使用設計(design)選項時，需設定熱(冷)物流的出口狀態(tài)或換熱負荷，模塊計算達到指定換熱要求所需的換熱面積。

11、 使用模擬(simulation)選項時，需設定換熱面積，模塊計算兩股物流的出口狀態(tài)。1.4簡捷計算(shortcut)aspen換熱器的模擬計算課件演示3：采用2t 100C熱水，將5t常溫常壓下苯（44%wt）、甲苯混合液加熱。1）已知K=500、S=5，求冷熱出口溫度。（63，62）2）已知K=500、熱物流出口溫度50C，求面積。（10）注意：a、冷熱物料進口對應 b、有相變時很難收斂，改變Options中的閃蒸類型 c、結果有時不對，須仔細驗證練習2：演示3中，已知K=300、S=8，求冷熱出口溫度演示3：采用2t 100C熱水，將5t常溫常壓下苯（44%w1.5詳細計算(detai

12、led) 詳細計算只能與核算或模擬選項配合。詳細計算可根據(jù)給定的換熱器幾何結構和流動情況計算實際的換熱面積、傳熱系數(shù)、對數(shù)平均溫度校正因子和壓降。 使用核算(rating)選項時，模塊根據(jù)設定的換熱要求計算需要的換熱面積。 使用模擬(simulation)選項時，模塊根據(jù)實際的換熱面積計算兩股物流的出口狀態(tài)。1.5詳細計算(detailed)aspen換熱器的模擬計算課件演示4：采用2t 100C熱水，將5t常溫常壓下苯（44%wt）、甲苯混合液加熱。1）已知殼徑500、管長6m，100（25*2）根管子，2管程，求冷熱出口溫度。（55，72）2）核算熱物流出口溫度50C，需要多少面積？（15

13、0）注意：a、冷熱物料進口對應 b、有相變時很難收斂，改變Options中的閃蒸類型 c、結果有時不對，須仔細驗證練習3：演示4中，冷熱污垢系數(shù)取0.0002，求冷熱出口溫度演示4：采用2t 100C熱水，將5t常溫常壓下苯（44%w二、換熱器核算與設計（BJAC）例1：已知填料塔的填料總高度8m，進料以上5m，填料為Mellapak250Y，分離含苯44 wt甲苯混和物。進料量5000kg/h，塔頂采出98%wt苯，塔底采出98%wt甲苯。進料由常溫預熱至泡點進料，產品甲苯需冷卻至50C。演示一：求各個換熱器的熱負荷分析：確定理論板數(shù)，查手冊：2.5塊/m,共2.58121塊，進料位置2.5

14、513塊二、換熱器核算與設計（BJAC）例1：已知填料塔的填料總高度設計規(guī)定求流量、進口溫度熱集成演示二、用循環(huán)水冷卻，2838，求循環(huán)水流量。F=Q/(38-28)/1=7000kg/h設計規(guī)定求流量、進口溫度演示三、精餾塔進料25，塔底出料不用循環(huán)水冷，采用它來預熱進料，問能預熱到多少？學習熱量流的應用學習熱量回收的基本方法預熱溫度63，接近泡點例1-3.exe演示三、精餾塔進料25，塔底出料不用循環(huán)水冷，采用它來預熱無相變換熱器設計（1）演示四、對上例中精餾塔預熱器進行設計，求面積、結構學習液液換熱器的設計方法學習BJAC基本使用方法解：已知熱側：2800kg/h，11150，組成甲苯9

15、8%冷側：5000kg/h，25進，組成：苯44%污垢熱阻：兩側均取0.0003熱側走管程進行設計（sizing）數(shù)據(jù)導出例2-1(1).exe例2-1(2).exe例2-2.exe無相變換熱器設計（1）演示四、對上例中精餾塔預熱器進行設計，無相變換熱器設計（2）設計結果：兩個換熱器串聯(lián)，3m23m26m2直徑159mm ，16300019mm管；4管程設計余量14%。核算（rating)根據(jù)設計數(shù)據(jù)核算標準換熱器是否能用直徑219mm，33300019mm； 1管程；面積25.7m2直徑325mm，68200019mm； 4管程；面積27.7m2已有換熱器核算直徑400mm，76600025

16、mm； 4管程；面積35m2夠用，余量23%例2-3(1).exe例2-3(2).exe無相變換熱器設計（2）設計結果：例2-3(1).exe例2-冷凝器設計（1）演示五、對上例中精餾塔冷凝器進行設計，求面積、結構氣量：回流出料3500+22005700kg/h溫度8180，組成近似純苯循環(huán)水2838解：污垢熱阻：兩側均取0.0002熱側走殼程進行設計（sizing）例3-1.exe冷凝器設計（1）演示五、對上例中精餾塔冷凝器進行設計，求面積冷凝器設計（2）冷凝器設計（2）冷凝器設計（3）冷凝器設計（3）冷凝器設計（4）核算：直徑325，56根，254500mm；2管程；19.3m2直徑325，57根，254500mm；1管程；19.7m2例3-2.exe冷凝器設計（4）核算：例3-2.exe冷凝器設計（5）冷凝器設計（5）冷凝器設計（6）冷凝器設計（6）再沸器設計（1）演示六、對上例中精餾塔再沸器進行設計，求面積、結構塔底氣量（模擬結果）：6503kg/h溫度111，