第五章换热器设计PPT讲稿.ppt

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1、第1页，共27页，编辑于2022年，星期三第五章第五章 ASPEN PLUS ASPEN PLUS的换热器模型的换热器模型 C5.1 ASPEN PLUS的换热器模型 模型模型说明说明目的目的用于用于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-JAC Hetran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

2、B-JAC Aerotran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，共27页，编辑于2022年，星期三5.1.1 Heater Model第3页，共27页，编辑于2022年，星期三Heater Input Specifications(1)第4页，共27页，编辑于2022年，星期三Heater Input Specifications(2)第5页，共27页，编辑于2022年，星期三Heater Stream第6页，共27页，编辑于2022年，星期三5.1.2 HeatX Model(1)第7页，共27页，编辑于2022年，星期三HeatX Model(2)第8页，共27页，编辑于2

3、022年，星期三HeatX Model(3)第9页，共27页，编辑于2022年，星期三HeatX Input Specifications第10页，共27页，编辑于2022年，星期三HeatX versus Heater第11页，共27页，编辑于2022年，星期三5.1.3 MHeatX Model第12页，共27页，编辑于2022年，星期三5.1.4 Heat Exchanger Design Model第13页，共27页，编辑于2022年，星期三HeatXHeatX输入规定和浏览结果输入规定和浏览结果 使用这个窗口使用这个窗口去做去做Setup规定简捷或详细的计算、流动方向、换热器压降、传

4、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

5、汇总。Detailed Results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。第14页，共27页，编辑于2022年，星期三HeatX的简捷法核算与严格法核算比较的简捷法核算与严格法核算比较 C用Setup Specifications页上的Calculation Type（核算类型）字段来规定简捷法或严格法核算。C简捷法核算不需要换热器结构或几何尺寸数据。C对于严格法核算模型，可以用换热器几何尺寸去估算：A膜系数（Film coefficients）A压降（Pressure drops）A对数平均温差校正因子（Log-mean tem

6、perature difference correction factor）第15页，共27页，编辑于2022年，星期三HeatXHeatX具有有效值的选项具有有效值的选项 变量变量计算方法计算方法在简捷法模型在简捷法模型中可采用中可采用在严格法模型在严格法模型中可采用中可采用LMTD Correction Factor（LMTD校正因子）常数几何尺寸用户子程序DefaultNoNoYesDefaultYesHeat Transfer Coefficient（传热系数）常数值特定相态的值幂率表达式膜系数换热器几何尺寸用户子程序YesDefaultYesNoNoNoYesYesYesYesDef

7、aultYesFilm Coefficient（膜系数）常数值特定相态的值幂率表达式由几何尺寸计算NoNoNoNoYesYesYesDefaultPressure Drop（压降）出口压力由几何尺寸计算DefaultNoYesDefault第16页，共27页，编辑于2022年，星期三计算对数平均温差校正因子计算对数平均温差校正因子 C换热器的标准方程是：Q=U A LMTD这里LMTD是对数平均温差，此方程用于纯逆流流动的换热器。C通用方程是：Q=U A F LMTD这里LMTD是校正因子，F考虑了偏离逆流流动的程度 C在Setup Specifications页上用LMTD Correcti

8、on Factor区域输入LMTD校正因子。第17页，共27页，编辑于2022年，星期三传热系数和膜系数传热系数和膜系数C在Setup U Methods（设定传热系数方法）页确定怎样计算传热系数，设定计算方法。C在简捷法核算模型中，HeatX模型不计算膜系数，在严格法核算模型中，如果你在传热系数计算方法中使用膜系数或换热器几何尺寸，HeatX计算传热系数，使用：hc=冷流膜系数hh=热流膜系数 第18页，共27页，编辑于2022年，星期三换热器结构换热器结构 C换热器结构指换热器内整个流动的型式。如果对于传热系数、膜系数或压降计算方法选择Calculate From Geometry选项，可

9、能需要在Geometry Shell页中输入一些有关换热器结构的信息。ATEMA型换热器壳体类型A管程数A换热器方向A折流板上管数排布A密封圈数A垂直的换热器管程流动第19页，共27页，编辑于2022年，星期三TEMATEMA壳体类型壳体类型 第20页，共27页，编辑于2022年，星期三壳体尺寸壳体尺寸CGeometry Shell页也包含了两个重要的壳体尺寸：A壳体内径A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 to Bundle Clearance壳层到管束的环形面积 第21页，共27页，编辑于2022年

10、，星期三折流挡板的几何尺寸折流挡板的几何尺寸 C壳侧膜系数和压降计算需要壳体内挡板的几何尺寸，在Geometry Baffles（挡板的几何尺寸）页上输入挡板的几何尺寸。C对于弓形折流挡板，需要的信息包括：A折流挡板切口高度A折流挡板间距A折流挡板面积C对于圆盘形折流挡板需要的信息包括：A环形直径A支承盘的几何尺寸 第22页，共27页，编辑于2022年，星期三折流挡板的几何结构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 D

11、iameter 环外径Ring Inside Diameter 环内径第23页，共27页，编辑于2022年，星期三管子的几何尺寸管子的几何尺寸 C计算管侧膜系数和压降需要管束的几何尺寸，HeatX模型也用这个信息从膜系数来计算传热系数，在Geometry Tubes（管子的几何尺寸）页上输入管子的几何尺寸。C对裸管换热器或低翅片管换热器 A管子总数A管子长度A管子直径A管子的排列A管子的材质第24页，共27页，编辑于2022年，星期三管子的排列型式和翅片的尺寸管子的排列型式和翅片的尺寸 第25页，共27页，编辑于2022年，星期三Heat Exchanger Workshop（无相变化）（无相

12、变化）C例例5-1：流量为10560 kg/hr的氟里昂（Freon-12）需要从240K加热到300K。可用的乙二醇（Ethylene glycol）的温度为350K。使用典型的管壳式换热器。工厂主管建议出口最小温差应至少10K，并建议采用20 BWG碳钢管，壳层和管程的压降均不超过10psig（0.67atm）。试确定乙二醇的流量以及换热器的结构与尺寸。E101Ethylene GlycolTi=350 KPi=2 atmFreon-1210560 kg/hrTi=240 KPi=7 atmEthylene GlycolTo=310 KFreon-12To=300 K第26页，共27页，编

13、辑于2022年，星期三Heat Exchanger Workshop（有相变化）（有相变化）C例例5-2：例5-1中的Freon-12流股现在的流速为90 kmol/hr，温度为270 K，压力为3 atm。工厂主管需要是这一流股汽化。现在的乙二醇温度为340 K，压力为2 atm。主管建议使用80 BWG管，压降应当尽可能小。试确定乙二醇的流量以及换热器的结构与尺寸。E101Ethylene GlycolTi=340 KPi=2 atmFreon-1290 kmol/hrTi=270 KPi=3 atmEthylene GlycolTo=300 KFreon-12To=TsatVapor fraction=1.0第27页，共27页，编辑于2022年，星期三