第六講 換熱器計(jì)算

第六講換熱器計(jì)算第一頁，共四十頁，2022年，8月28日一、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(dāng)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-JACHetran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-JACAerotran空冷換熱器程序界面錯流式換熱器包括空氣冷卻器第二頁，共四十頁，2022年，8月28日1.2模塊應(yīng)用說明加熱器（heater）特點(diǎn)：流程模擬中應(yīng)用，與結(jié)構(gòu)無關(guān)，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(diǎn)，求熱負(fù)荷，泡點(diǎn)溫度

演示2：采用2t100C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(fù)荷，加熱溫度練習(xí)1：將5t常溫常壓下苯（44%wt）、甲苯混合液加熱到露點(diǎn),采用3bar蒸汽，需要多少kg蒸汽？（不一定什么都需要Aspen來干）第三頁，共四十頁，2022年，8月28日物流換熱器（HeatX）特點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)流程中兩物流換熱，需知道結(jié)構(gòu)，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(xì)的計(jì)算、流動方向、換熱器壓降、傳熱系數(shù)計(jì)算方法和膜系數(shù)。Options規(guī)定熱側(cè)和冷側(cè)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(bào)告選項(xiàng)。Geometry規(guī)定殼程和管程的結(jié)構(gòu)，并指明任何翅片管、折流擋板或管嘴。UserSubroutines規(guī)定用戶定義的Fortran子程序的參數(shù)來計(jì)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(jié)果表Cold-Hcurves規(guī)定冷流的加熱或冷卻曲線表和瀏覽結(jié)果表BlockOptions替換這個模塊的物性、模擬選項(xiàng)、診斷消息水平和報(bào)告選項(xiàng)的全局值。Results瀏覽結(jié)果、質(zhì)量和能量平衡、壓降、速度和區(qū)域分析匯總。DetailedResults瀏覽詳細(xì)的殼程和管程的結(jié)果以及關(guān)于翅片管、折流擋板和管嘴的信息。Dynamic規(guī)定動力學(xué)模擬的參數(shù)。第四頁，共四十頁，2022年，8月28日2）計(jì)算類型第五頁，共四十頁，2022年，8月28日殼程類型TEMAshelltype管程數(shù)No.oftubepasses換熱器方位Exchangerorientation密封條數(shù)Numberofsealingstrippairs管程流向Directionoftubesideflow殼內(nèi)徑Insideshelldiameter殼/管束間隙Shelltobundleclearance1.3換熱器結(jié)構(gòu)參數(shù)說明第六頁，共四十頁，2022年，8月28日殼體類型第七頁，共四十頁，2022年，8月28日殼體尺寸兩個重要的殼體尺寸：殼體內(nèi)徑殼體到管束的最大直徑的環(huán)形面積OuterTubeLimit

管束外層的最大直徑ShellDiameter

殼體直徑ShelltoBundleClearance

殼層到管束的環(huán)形面積第八頁，共四十頁，2022年，8月28日折流擋板的幾何尺寸殼側(cè)膜系數(shù)和壓降計(jì)算需要?dú)んw內(nèi)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第九頁，共四十頁，2022年，8月28日折流擋板的幾何結(jié)構(gòu)BaffleCut

折流擋板的切口高度TubeHole

管孔ShelltoBaffleClearance

殼層到折流擋板的環(huán)形面積RodDiameter

圓盤直徑RingOutsideDiameter

環(huán)外徑RingInsideDiameter

環(huán)內(nèi)徑第十頁，共四十頁，2022年，8月28日管子的幾何尺寸計(jì)算管側(cè)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)Totalnumber管子長度Length管子直徑Diameter管子的排列Pattern管子的材質(zhì)Material第十一頁，共四十頁，2022年，8月28日管程參數(shù)

管程參數(shù)還有管尺寸(Tubesize)，可用兩種方式輸入：實(shí)際尺寸Actual內(nèi)徑Innerdiameter外徑Outerdiameter厚度Tubethickness

三選二公稱尺寸Nominal

直徑DiameterBWG規(guī)格

Birminghamwiregauge第十二頁，共四十頁，2022年，8月28日列管排列模式

第十三頁，共四十頁，2022年，8月28日管翅結(jié)構(gòu)

對于翅片管，還需從管翅(Tubefins)表單中輸入以下參數(shù)：翅片高度Finheight翅片高度/翅片根部平均直徑Finheight/Finrootmeandiameter翅片間距Finspacing:每單位長度的翅片數(shù)/翅片厚度Numberoffinsperunitlength/Finthickness第十四頁，共四十頁，2022年，8月28日擋板結(jié)構(gòu)有兩種擋板結(jié)構(gòu)可供選用：

1、圓缺擋板Segmentalbaffle2、棍式擋板Rodbaffle從擋板(Baffles)表單中進(jìn)行選擇并輸入有關(guān)參數(shù)。第十五頁，共四十頁，2022年，8月28日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.ofbaffles,allpasses擋板切割分率Bafflecut(fractionofshelldiameter)管板到第一擋板的間距Tubesheetto1stbafflespacing擋板間距Baffletobafflespacing殼壁/擋板間隙Shell-baffleclearance管壁/擋板間隙Tube-baffleclearance第十六頁，共四十頁，2022年，8月28日管嘴

管嘴即換熱器的物料進(jìn)出接口，需從Nozzle表單中輸入以下參數(shù)：輸入殼程管嘴直徑Entershellsidenozzlediameters

進(jìn)口管嘴直徑Inetnozzlediameter

出口管嘴直徑Outletnozzlediameter輸入管程管嘴直徑Entertubesidenozzlediameters

進(jìn)口管嘴直徑Inletnozzlediameter

出口管嘴直徑Outletnozzlediameter第十七頁，共四十頁，2022年，8月28日1.4簡捷計(jì)算(shortcut)

簡捷計(jì)算只能與設(shè)計(jì)或模擬選項(xiàng)配合。簡捷計(jì)算不考慮換熱器的幾何結(jié)構(gòu)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(shè)計(jì)(design)選項(xiàng)時，需設(shè)定熱(冷)物流的出口狀態(tài)或換熱負(fù)荷，模塊計(jì)算達(dá)到指定換熱要求所需的換熱面積。使用模擬(simulation)選項(xiàng)時，需設(shè)定換熱面積，模塊計(jì)算兩股物流的出口狀態(tài)。第十八頁，共四十頁，2022年，8月28日第十九頁，共四十頁，2022年，8月28日演示3：采用2t100C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(jìn)口對應(yīng)

b、有相變時很難收斂，改變Options中的閃蒸類型

c、結(jié)果有時不對，須仔細(xì)驗(yàn)證練習(xí)2：演示3中，已知K=300、S=8，求冷熱出口溫度第二十頁，共四十頁，2022年，8月28日1.5詳細(xì)計(jì)算(detailed)

詳細(xì)計(jì)算只能與核算或模擬選項(xiàng)配合。詳細(xì)計(jì)算可根據(jù)給定的換熱器幾何結(jié)構(gòu)和流動情況計(jì)算實(shí)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(xiàng)時，模塊根據(jù)設(shè)定的換熱要求計(jì)算需要的換熱面積。使用模擬(simulation)選項(xiàng)時，模塊根據(jù)實(shí)際的換熱面積計(jì)算兩股物流的出口狀態(tài)。第二十一頁，共四十頁，2022年，8月28日第二十二頁，共四十頁，2022年，8月28日演示4：采用2t100C熱水，將5t常溫常壓下苯（44%wt）、甲苯混合液加熱。1）已知?dú)?00、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？（150）注意：a、冷熱物料進(jìn)口對應(yīng)

b、有相變時很難收斂，改變Options中的閃蒸類型

c、結(jié)果有時不對，須仔細(xì)驗(yàn)證練習(xí)3：演示4中，冷熱污垢系數(shù)取0.0002，求冷熱出口溫度第二十三頁，共四十頁，2022年，8月28日二、換熱器核算與設(shè)計(jì)（BJAC）例1：已知填料塔的填料總高度8m，進(jìn)料以上5m，填料為Mellapak250Y，分離含苯44％wt甲苯混和物。進(jìn)料量5000kg/h，塔頂采出98%wt苯，塔底采出98%wt甲苯。進(jìn)料由常溫預(yù)熱至泡點(diǎn)進(jìn)料，產(chǎn)品甲苯需冷卻至50C。演示一：求各個換熱器的熱負(fù)荷分析：確定理論板數(shù)，查手冊：2.5塊/m,共2.5×8＋1＝21塊，進(jìn)料位置2.5×5＝13塊第二十四頁，共四十頁，2022年，8月28日設(shè)計(jì)規(guī)定求流量、進(jìn)口溫度熱集成演示二、用循環(huán)水冷卻，28℃~38℃，求循環(huán)水流量。F=Q/(38-28)/1=7000kg/h第二十五頁，共四十頁，2022年，8月28日演示三、精餾塔進(jìn)料25℃，塔底出料不用循環(huán)水冷，采用它來預(yù)熱進(jìn)料，問能預(yù)熱到多少℃？學(xué)習(xí)熱量流的應(yīng)用學(xué)習(xí)熱量回收的基本方法預(yù)熱溫度63℃，接近泡點(diǎn)例1-3.exe第二十六頁，共四十頁，2022年，8月28日無相變換熱器設(shè)計(jì)（1）演示四、對上例中精餾塔預(yù)熱器進(jìn)行設(shè)計(jì)，求面積、結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)液液換熱器的設(shè)計(jì)方法學(xué)習(xí)BJAC基本使用方法解：已知熱側(cè)：2800kg/h，111－>50℃，組成甲苯98%冷側(cè)：5000kg/h，25℃進(jìn)，組成：苯44%污垢熱阻：兩側(cè)均取0.0003熱側(cè)走管程進(jìn)行設(shè)計(jì)（sizing）數(shù)據(jù)導(dǎo)出例2-1(1).exe例2-1(2).exe例2-2.exe第二十七頁，共四十頁，2022年，8月28日無相變換熱器設(shè)計(jì)（2）設(shè)計(jì)結(jié)果：兩個換熱器串聯(lián)，3m2＋3m2＝6m2直徑159mm，16×3000－－19mm管；4管程設(shè)計(jì)余量14%。核算（rating)根據(jù)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)核算標(biāo)準(zhǔn)換熱器是否能用直徑219mm，33×3000－－19mm；1管程；面積2×5.7m2直徑325mm，68×2000－－19mm；4管程；面積2×7.7m2已有換熱器核算直徑400mm，76×6000－－25mm；4管程；面積35m2夠用，余量23%例2-3(1).exe例2-3(2).exe第二十八頁，共四十頁，2022年，8月28日冷凝器設(shè)計(jì)（1）演示五、對上例中精餾塔冷凝器進(jìn)行設(shè)計(jì)，求面積、結(jié)構(gòu)氣量：回流＋出料＝3500+2200＝5700kg/h溫度8180℃，組成近似純苯循環(huán)水2838℃解：污垢熱阻：兩側(cè)均取0.0002熱側(cè)走殼程進(jìn)行設(shè)計(jì)（sizing）例3-1.exe第二十九頁，共四十頁，2022年，8月28日冷凝器設(shè)計(jì)（2）第三十頁，共四十頁，2022年，8月28日冷凝器設(shè)計(jì)（3）第三十一頁，共四十頁，2022年，8月28日