en换热器的模拟计算

ASPEN

PLUS与化工过程模拟第6讲换热器的模拟计算一、换热器模块1.1模块类型模型说明目的用于Heater加热器或冷却器确定出口物流的热和相态条件加热器、冷却器、冷凝器等HeatX两股物流的换热器在两个物流之间换热两股物流的换热器。当知道几何尺寸时，核算管壳式换热器MHeatX多股物流的换热器在多股物流之间换热多股热流和冷流换热器，两股物流的换热器，

LNG换热器Hetran管壳式换热器提供B-JACHetran管壳式换热器程序界面管壳式换热器，包括釜式再沸器Aerotran空冷换热器提供B-JACAerotran空冷换热器程序界面错流式换热器包括空气冷却器第2页模块应用说明加热器（heater）特点：流程模拟中应用，与结构无关，主要精力放在工艺上演示1：将5t常温常压下苯（44%wt）、甲苯混合液加热到泡点，求热负荷，泡点温度演示2：采用2t100C热水，将5t常温常压下苯（44%wt）、甲苯混合液加热，热水出口温度50C，求热负荷，加热温度练习1：将5t常温常压下苯（44%wt）、甲苯混合液加热到露点,采用3ba蒸汽，需要多少kg蒸汽？（不一定什么都需要Aspen来干）第3页第第44

页页1.2.2物流换热器（HeatX）特点：实现流程中两物流换热，需知道结构，不建议用在过程模拟中1）输入规定窗口名称作用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。Options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项。Geometry规定壳程和管程的结构，并指明任何翅片管、折流挡板或管嘴。User

Subroutines规定用户定义的Fortran子程序的参数来计算整个的传热系数、LMTD校正因子、管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浏览结果表Cold-Hcurves规定冷流的加热或冷却曲线表和浏览结果表Block

Options替换这个模块的物性、模拟选项、诊断消息水平和报告选项的全局值。Results浏览结果、质量和能量平衡、压降、速度和区域分析汇总。DetailedResults浏览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。2）计算类型第5页壳程类型TEMA

shell

type管程数No.

of

tube

passes换热器方位Exchanger

orientation密封条数Number

of

sealing

strip

pairs管程流向Direction

of

tubeside

flow壳内径Inside

shell

diameter壳/管束间隙Shell

to

bundle

clearance第6页1.3换热器结构参数说明壳体类型第7页壳体尺寸两个重要的壳体尺寸：壳体内径壳体到管束的最大直径的环形面积Outer

Tube

Limit管束外层的最大直径Shell

Diameter壳体直径Shell

toBundleClearance壳层到管束的环形面积第8页折流挡板的几何尺寸第9页壳侧膜系数和压降计算需要壳体内挡板的几何尺寸。对于弓形折流挡板，需要的信息包括：折流挡板切口高度折流挡板间距折流挡板面积对于圆盘形折流挡板需要的信息包括：环形直径支承盘的几何尺寸折流挡板的几何结构Baffle

Cut折流挡板的切口高度Tube

Hole管孔Shell

to

Baffle

Clearance壳层到折流挡板的环形面积Rod

Diameter圆盘直径RingOutsideDiameter环外径RingInside

Diameter环内径第10页管子的几何尺寸第11页计算管侧膜系数和压降需要管束的几何尺寸。对裸管换热器或低翅片管换热器管子总数Total

number管子长度Length管子直径Diameter管子的排列

Pattern管子的材质

Material管程参数管程参数还有管尺寸(Tube

size)，可用两种方式输入：实际尺寸Actual内径Inner

diameter外径Outer

diameter厚度Tube

thickness三选二公称尺寸Nominal直径DiameterBWG规格Birminghamwire

gauge第12页列管排列模式第13页管翅结构对于翅片管，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第14页挡板结构有两种挡板结构可供选用：1、圆缺挡板Segmental

baffle2、棍式挡板Rod

baffle从挡板(Baffles)表单中进行选择并输入有关参数。第15页圆缺挡板圆缺挡板需输入以下参数：第16页所有壳程中的挡板总数No.

of

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

spacingShell-baffle

clearance壳壁/挡板间隙管壁/挡板间隙Tube-baffleclearance管嘴第17页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

diametersInet

nozzle

diameter进口管嘴直径出口管嘴直径Outlet

nozzle

diameter输入管程管嘴直径Enter

tube

side

nozzle

diametersInlet

nozzle

diameter进口管嘴直径出口管嘴直径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。简捷计算不考虑换热器的几何结构对传热和压降的影响，人为给定传热系数和压降的数值。使用设计(design)选项时，需设定热(冷)物流的出口状态或换热负荷，模块计算达到指定换热要求所需的换热面积。使用模拟(simulation)选项时，需设定换热面积，模块计算两股物流的出口状态。第18页第19页演示3：采用2t

100C热水，将5t常温常压下苯（44%wt）、甲苯混合液加热。1）已知K=500、S=5，求冷热出口温度。（63，62）2）已知K=500、热物流出口温度50C，求面积。（10）注意：a、冷热物料进口对应b、有相变时很难收敛，改变Options中的闪蒸类型c、结果有时不对，须仔细验证练习2：演示3中，已知K=300、S=8，求冷热出口温度第20页1.5详细计算(detailed)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结构和流动情况计算实际的换热面积、传热系数、对数平均温度校正因子和压降。使用核算(rating)选项时，模块根据设定的换热要求计算需要的换热面积。使用模拟(simulation)选项时，模块根据实际的换热面积计算两股物流的出口状态。第21页第22页演示4：采用2t

100C热水，将5t常温常压下苯（44%wt）、甲苯混合液加热。1）已知壳径500、管长6m，100（25*2）根管子，2管程，冷热出口温度。（55，72）2）核算热物流出口温度50C，需要多少面积？（150）注意：a、冷热物料进口对应b、有相变时很难收敛，改变Options中的闪蒸类型c、结果有时不对，须仔细验证练习3：演示4中，冷热污垢系数取0.0002，求冷热出口温第23页二、换热器核算与设计（BJAC）例1：已知填料塔的填料总高度8m，进料以上5m，填料为Mellapak250Y，分离含苯44％wt甲苯混和物。进料量5000kg塔顶采出98%wt苯，塔底采出98%wt甲苯。进料由常温预热至泡点进料，产品甲苯需冷却至50C。演示一：求各个换热器的热负荷分析：确定理论板数，查手册：2.5块/m,–共2.5×8＋1＝21块，–进料位置2.5×5＝13块第24页设计规定求流量、进口温度热集成第25页演示二、用循环水冷却，28℃~38℃，求循环水流量。–

F=Q/(38-28)/1=7000kg/h演示三、精馏塔进料25℃，塔底出料不用循环水冷，用它来预热进料，问能预热到多少℃？学习热量流的应用学习热量回收的基本方法预热温度63℃，接近泡点例1-3.exe第26页无相变换热器设计（1）演示四、对上例中精馏塔预热器进行设计，求面积、结构学习液液换热器的设计方法学习BJAC基本使用方法解：已知热侧：2800kg/h，111－>50℃，组成甲苯98%冷侧：5000kg/h，25℃进，组成：苯44%污垢热阻：两侧均取0.0003热侧走管程–进行设计（sizing）–数据导出例2-1(1).exe例2-1(2).exe例2-2.exe第27页无相变换热器设计（2）设计结果：两个换热器串联，3m2＋3m2＝6m2直径159mm，16×3000－－19mm管；4管程设计余量14%。核算（rating)–根据设计数据核算标准换热器是否能用直径219mm，33×3000－－19mm；1管程；面积2×5.7m2直径325mm，68×2000－－19mm；4管程；面积2×7.7m2–已有换热器核算直径400mm，76×6000－－25mm；4管程；面积35m2够用，余量23%例2-3(1).exe例2-3(2).exe第28页冷凝器设计（1）演示五、对上例中精馏塔冷凝器进行设计，求面积、结构–气量：回流＋出料＝3500+2200＝5700kg/h80℃，组成近似纯苯38℃温度81循环水28解：污垢热阻：两侧均取0.0002热侧走壳程–进行设计（sizing）例3-1.exe第29页冷凝器设计（2）第30页冷凝器设计（3）第31页冷凝器设计（4）核算：–直径325，56根，25×4500mm；2管程；19.3m2–直径325，57根，25×4500mm；1管程；19.7m2例3-2.exe第32页冷凝器设计（5）第33页冷凝器设计（6）第34页再沸器设计（1）演示六、对上例中精馏塔再沸器进行设计，求面积、结构塔底气量（模拟结果）：6503kg/h温