aspen换热器的模拟计算ppt课件

1、第6讲 换热器的模拟计算一、换热器模块l1.1模块类型模块类型模型模型阐明阐明目的目的用于用于Heater加热器或冷却器加热器或冷却器确定出口物流的热和确定出口物流的热和相态条件相态条件加热器、冷却器、冷凝加热器、冷却器、冷凝器等器等HeatX两股物流的换热器两股物流的换热器在两个物流之间换热在两个物流之间换热两股物流的换热器。当两股物流的换热器。当知道几何尺寸时，核算知道几何尺寸时，核算管壳式换热器管壳式换热器MHeatX多股物流的换热器多股物流的换热器在多股物流之间换热在多股物流之间换热多股热流和冷流换热器，多股热流和冷流换热器，两股物流的换热器，两股物流的换热器，LNG换热器换热器Het

2、ran管壳式换热器管壳式换热器提供提供B-JAC Hetran管管壳式换热器程序界面壳式换热器程序界面管壳式换热器，包括釜管壳式换热器，包括釜式再沸器式再沸器Aerotran空冷换热器空冷换热器提供提供B-JAC Aerotran空冷换热器程序界面空冷换热器程序界面错流式换热器包括空气错流式换热器包括空气冷却器冷却器l1.2模块运用阐明模块运用阐明l1.2.1加热器加热器heaterl特点：流程模拟中运用，与构造无关，主要精神放在工艺上特点：流程模拟中运用，与构造无关，主要精神放在工艺上l演示演示1：将：将5t常温常压下苯常温常压下苯44%wt、甲苯混合液加热到泡点，求热负荷，、甲苯混合液加热

3、到泡点，求热负荷，泡点温度泡点温度 l演示演示2：采用：采用2t 100C热水，将热水，将5t常温常压下苯常温常压下苯44%wt、甲苯混合液加热，、甲苯混合液加热，热水出口温度热水出口温度50C，求热负荷，加热温度，求热负荷，加热温度l练习练习1：将：将5t常温常压下苯常温常压下苯44%wt、甲苯混合液加热到露点、甲苯混合液加热到露点, 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来干来干l1.2.2物流换热器物流换热器HeatXl特点：实现流程中两物流换热，需知道构造，不建议用在过程模拟中特点：实现流程中两物流换热，需知道构造，不建

4、议用在过程模拟中l1输入规定输入规定窗口称号窗口称号作用作用Setup规定简捷或详细的计算、流动方向、换热器压降、传热系数计算方法和膜系数。规定简捷或详细的计算、流动方向、换热器压降、传热系数计算方法和膜系数。Options规定热侧和冷侧不同的闪蒸收敛参数和有效相态，规定热侧和冷侧不同的闪蒸收敛参数和有效相态，HeatX收敛参数和模块规定报告选收敛参数和模块规定报告选项。项。Geometry规定壳程和管程的构造，并指明任何翅片管、折流挡板或管嘴。规定壳程和管程的构造，并指明任何翅片管、折流挡板或管嘴。User Subroutines规定用户定义的规定用户定义的Fortran子程序的参数来计算整

5、个的传热系数、子程序的参数来计算整个的传热系数、LMTD校正因子、管校正因子、管壁液体滞留量或管壁压降。壁液体滞留量或管壁压降。Hot-Hcurves规定热流的加热或冷却曲线表和阅读结果表规定热流的加热或冷却曲线表和阅读结果表Cold-Hcurves规定冷流的加热或冷却曲线表和阅读结果表规定冷流的加热或冷却曲线表和阅读结果表Block Options交换这个模块的物性、模拟选项、诊断音讯程度和报告选项的全局值。交换这个模块的物性、模拟选项、诊断音讯程度和报告选项的全局值。Results阅读结果、质量和能量平衡、压降、速度和区域分析汇总。阅读结果、质量和能量平衡、压降、速度和区域分析汇总。Det

6、ailed Results阅读详细的壳程和管程的结果以及关于翅片管、折流挡板和管嘴的信息。阅读详细的壳程和管程的结果以及关于翅片管、折流挡板和管嘴的信息。Dynamic规定动力学模拟的参数。规定动力学模拟的参数。l2计算类型计算类型l壳程类型壳程类型 TEMA shell typel管程数管程数 No. of tube passesl换热器方位换热器方位 Exchanger orientationl密封条数密封条数 Number of sealing strip pairsl管程流向管程流向 Direction of tubeside flowl壳内径壳内径 Inside shell diam

7、eterl壳壳/管束间隙管束间隙 Shell to bundle clearancel1.3换热器构造参数阐明换热器构造参数阐明l两个重要的壳体尺寸：两个重要的壳体尺寸：l壳体内径壳体内径l壳体到管束的最大直径的环形面积壳体到管束的最大直径的环形面积lOuter Tube Limitl管束外层的最大直径管束外层的最大直径lShell Diameterl壳体直径壳体直径lShell to Bundle Clearancel壳层到管束的环形面积壳层到管束的环形面积 l壳侧膜系数和压降计算需求壳体内挡板的壳侧膜系数和压降计算需求壳体内挡板的几何尺寸。几何尺寸。 l对于弓形折流挡板，需求的信息包括：对

8、于弓形折流挡板，需求的信息包括：l折流挡板切口高度折流挡板切口高度l折流挡板间距折流挡板间距l折流挡板面积折流挡板面积l对于圆盘形折流挡板需求的信息包括：对于圆盘形折流挡板需求的信息包括：l环形直径环形直径l支承盘的几何尺寸支承盘的几何尺寸 Baffle Cut 折流挡板的切口高度折流挡板的切口高度Tube Hole 管孔管孔Shell to Baffle Clearance 壳层到折流挡板的环形面积壳层到折流挡板的环形面积Rod Diameter 圆盘直径圆盘直径Ring Outside Diameter 环外径环外径Ring Inside Diameter 环内径环内径l计算管侧膜系数和压

9、降需求管束的几何尺寸。计算管侧膜系数和压降需求管束的几何尺寸。l对裸管换热器或低翅片管换热器对裸管换热器或低翅片管换热器 l管子总数管子总数 Total number l管子长度管子长度 Lengthl管子直径管子直径 Diameterl管子的陈列管子的陈列 Patternl管子的材质管子的材质 Material 管程参数还有管尺寸(Tube size)，可用两种方式输入：实践尺寸 Actual内径 Inner diameter外径 Outer diameter 厚度 Tube thickness 三选二公称尺寸 Nominal 直径 Diameter BWG规格 Birmingham wir

10、e gauge管翅构造 对于翅片管，还需从管翅(Tube fins)表单中输入以下参数：翅片高度 Fin height 翅片高度 / 翅片根部平均直径Fin height /Fin root mean diameter翅片间距 Fin spacing:每单位长度的翅片数 / 翅片厚度Number of fins per unit length /Fin thickness挡板构造有两种挡板构造可供选用： 1、圆缺挡板 Segmental baffle 2、棍式挡板 Rod baffle从挡板(Baffles)表单中进展选择并输入有关参数。圆缺挡板需输入以下参数：一切壳程中的挡板总数 No. o

11、f baffles, all passes挡板切割分率 Baffle cut (fraction of shell diameter)管板到第一挡板的间距 Tubesheet to 1st baffle spacing挡板间距 Baffle to baffle spacing壳壁/挡板间隙 Shell-baffle clearance管壁/挡板间隙 Tube-baffle clearance 管嘴即换热器的物料进出接口，需从Nozzle表单中输入以下参数：输入壳程管嘴直径 Enter shell side nozzle diameters 进口管嘴直径 Inet nozzle diameter

12、 出口管嘴直径 Outlet nozzle diameter输入管程管嘴直径 Enter tube side nozzle diameters 进口管嘴直径 Inlet nozzle diameter 出口管嘴直径 Outlet nozzle diameter1.4简捷计算(shortcut) 简捷计算只能与设计或模拟选项配合。简捷计算不思索换热器的几何构造对传热和压降的影响，人为给定传热系数和压降的数值。 运用设计(design)选项时，需设定热(冷)物流的出口形状或换热负荷，模块计算到达指定换热要求所需的换热面积。 运用模拟(simulation)选项时，需设定换热面积，模块计算两股物流的

13、出口形状。l演示演示3：采用：采用2t 100C热水，将热水，将5t常温常压下苯常温常压下苯44%wt、甲、甲苯混合液加热。苯混合液加热。l1知知K=500、S=5，求冷热出口温度。，求冷热出口温度。63，62l2知知K=500、热物流出口温度、热物流出口温度50C，求面积。，求面积。10l留意：留意：a、冷热物料进口对应、冷热物料进口对应l b、有相变时很难收敛，改动、有相变时很难收敛，改动Options中的闪蒸类型中的闪蒸类型l c、结果有时不对，须仔细验证、结果有时不对，须仔细验证l练习练习2：演示：演示3中，知中，知K=300、S=8，求冷热出口温度，求冷热出口温度1.5详细计算(de

14、tailed) 详细计算只能与核算或模拟选项配合。详细计算可根据给定的换热器几何构造和流动情况计算实践的换热面积、传热系数、对数平均温度校正因子和压降。 运用核算(rating)选项时，模块根据设定的换热要求计算需求的换热面积。 运用模拟(simulation)选项时，模块根据实践的换热面积计算两股物流的出口形状。l演示演示4：采用：采用2t 100C热水，将热水，将5t常温常压下苯常温常压下苯44%wt、甲、甲苯混合液加热。苯混合液加热。l1知壳径知壳径500、管长、管长6m，10025*2根管子，根管子，2管程，求冷管程，求冷热出口温度。热出口温度。55，72l2核算热物流出口温度核算热物

15、流出口温度50C，需求多少面积？，需求多少面积？150l留意：留意：a、冷热物料进口对应、冷热物料进口对应l b、有相变时很难收敛，改动、有相变时很难收敛，改动Options中的闪蒸类型中的闪蒸类型l c、结果有时不对，须仔细验证、结果有时不对，须仔细验证l练习练习3：演示：演示4中，冷热污垢系数取中，冷热污垢系数取0.0002，求冷热出口温度，求冷热出口温度二、换热器核算与设计BJACl例例1：知填料塔的填料总高度：知填料塔的填料总高度8m，进料以上，进料以上5m，填料为，填料为Mellapak250Y，分别含苯，分别含苯44 wt甲苯混和物。进料量甲苯混和物。进料量5000kg/h，塔顶采

16、出塔顶采出98%wt苯，塔底采出苯，塔底采出98%wt甲苯。进料由常温预热至泡甲苯。进料由常温预热至泡点进料，产品甲苯需冷却至点进料，产品甲苯需冷却至50C。l演示一：求各个换热器的热负荷演示一：求各个换热器的热负荷l分析：确定实际板数，查手册：分析：确定实际板数，查手册：2.5块块/m,l共共2.58121块，块，l进料位置进料位置2.5513块块l设计规定求流量、进口温度设计规定求流量、进口温度l热集成热集成l演示二、用循环水冷却，演示二、用循环水冷却，2838，求循环水流量。，求循环水流量。lF=Q/(38-28)/1=7000kg/hl演示三、精馏塔进料演示三、精馏塔进料25，塔底出料

17、不用循环水冷，采，塔底出料不用循环水冷，采用它来预热进料，问能预热到多少用它来预热进料，问能预热到多少？l学习热量流的运用学习热量流的运用l学习热量回收的根本方法学习热量回收的根本方法l预热温度预热温度63，接近泡点，接近泡点例1-3.exel演示四、对上例中精馏塔预热器进展设计，求面积、构造演示四、对上例中精馏塔预热器进展设计，求面积、构造l学习液液换热器的设计方法学习液液换热器的设计方法l学习学习BJAC根本运用方法根本运用方法l解：解：l知热侧：知热侧：2800kg/h，11150，组成甲苯，组成甲苯98%l冷侧：冷侧：5000kg/h，25进，组成：苯进，组成：苯44%l污垢热阻：两侧

18、均取污垢热阻：两侧均取0.0003l热侧走管程热侧走管程l进展设计进展设计sizingl数据导出数据导出例2-1(1).exe例2-1(2).exe例2-2.exel设计结果：设计结果：l两个换热器串联，两个换热器串联，3m23m26m2l直径直径159mm ，16300019mm管；管；4管程管程l设计余量设计余量14%。l核算核算rating)l根据设计数据核算规范换热器能否能用根据设计数据核算规范换热器能否能用l直径直径219mm，33300019mm； 1管程；面积管程；面积25.7m2l直径直径325mm，68200019mm； 4管程；面积管程；面积27.7m2l已有换热器核算已有换热器核算l直径直径400mm，76600025mm； 4管程；面积管程；