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1、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,1.2模块应用说明 1.2.1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2t 100C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3bar蒸汽，需要多少kg蒸汽？ （不一定什么都需要Aspen来干）,1.2.2物流换热器（HeatX） 特点：实现流程
2、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,2）计算类型,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,1.3换热器结构参数说明,壳体类型,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 Tub
3、e Limit 管束外层的最大直径 Shell Diameter 壳体直径 Shell to Bundle Clearance 壳层到管束的环形面积,折流挡板的几何尺寸,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 Ring Outside Diam
4、eter 环外径 Ring Inside Diameter 环内径,管子的几何尺寸,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 Diameter BWG规格 Birmingham w
5、ire gauge,列管排列模式,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,挡板结构,有两种挡板结构可供选用： 1、圆缺挡板 Segmental baffle 2、棍式挡板 Rod baffle 从挡板(Baffles)表单中进行选择并输入有关参数。,圆缺挡板,圆缺挡板
6、需输入以下参数： 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 spacing 壳壁/挡板间隙 Shell-baffle clearance 管壁/挡板间隙 Tube-baffle clearance,管嘴,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 dia
7、meters 进口管嘴直径 Inet nozzle diameter 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 diameter,1.4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
8、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。,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,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
9、、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。,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，求冷热出口温度。（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
10、温度,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/h，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2.58121块， 进料位置2.5513块,设计规定求流量、进口温度 热集成 演示二、用循环水冷却，2838，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，采用它来预热进料，问能预热到多少？
11、 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,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，11150，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,无相变换热器设计（2）,设计结果： 两个换热器串联，3m23m26m2 直径159mm ，16300019mm管；4管程 设计余量
12、14%。 核算（rating) 根据设计数据核算标准换热器是否能用 直径219mm，33300019mm； 1管程；面积25.7m2 直径325mm，68200019mm； 4管程；面积27.7m2 已有换热器核算 直径400mm，76600025mm； 4管程；面积35m2 够用，余量23%,例2-3(1).exe,例2-3(2).exe,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+22005700kg/h 温度8180，组成近似纯苯 循环水2838 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
13、,冷凝器设计（2）,冷凝器设计（3）,冷凝器设计（4）,核算： 直径325，56根，254500mm；2管程；19.3m2 直径325，57根，254500mm；1管程；19.7m2,例3-2.exe,冷凝器设计（5）,冷凝器设计（6）,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 温度111，组成近似纯甲苯 加热蒸汽：4bar蒸汽（低压） 解： 污垢热阻：两侧均取0.0002 热侧走壳程 热虹吸再沸器、汽化率取12%，循环量6503/.12=54.191t/h 进行设计（sizing）,例4-1.exe,再沸器设计（2）,再沸器设计（3）,再沸器设计（4）,核算： 直径500，174根，252000mm；1管程；26m2,例4-2.exe,再沸器设计（5）,再沸器设计（6）,
