用Aspen Plus设计蒸发器例题 - 图文(2)

2019-08-03 13:54

现在回到Specifications 输入页,将计算改为 “Detailed.”。记住设置乙二醇物流走管内,

而冷的氟利昂物流走壳程。然后点击 Pressure drop 条,出现如作左图所示页面。压力的计算是基于换热器几何形状的。(注意:冷热物流都要指定)。

现在点击屏幕上方的U-methods 条:

在U-methods 页,选择基于“Film coefficients.”计算。(文献1给出了这个输入页的有关解释)

现在点击 Film Coefficients 条。

在 Film Coefficients 页面(如下图所示)中需要输入传热系数。前面已经说过,Aspen 计算沸腾过程的传热系数不准确。对于任何有相变的过程,传热系数都需要手工计算。首先指定冷侧物流。对于film coefficients 有不同的计算选项,这个例子中我们选择 “Phase specific values” 选项,点击该选项会出现此选项的子页(如椭圆框中所示)。根据人工计算的结果,在此输入换热器中不同相态的的传热系数:液相、气相、沸腾、冷凝。注意单位的正确。然后指定换热器的热侧物流,再次根据手算的结果输入数值。

另外一个计算选项是采用FORTRAN子程序计算。在U-methods中不选择“Film coefficients”,而是选择“User subroutine”选项。当然,需要编写子程序,但计算结果会更准确。

现在设置换热器的几何尺寸。左图所示为tube输入页面。根据人工计算的结果,估计需要的换热面积,在设置管长和尺寸,计算所需管子的数目,在这个页面输入相关的信息。

对于壳程,选择外壳类型和管子的根数。(Aspen 没有再沸器这种外壳类型) 还要设置壳的直径和管间距,参见文献选择合适的值。

通常的釜式再沸器中是没有折流板(baffles)的,因为壳程流体并不是真的穿过管束间“流动”。但是Aspen并不知道,因此需要指定折流板,可以输入任意数值,但是要确保折流板的间距比第一块折流板与管板之间的距离要大,1米比较合适。

这个过程中有相变化,壳体出口管径要比入口管径大,两倍于入口直径比较好。管口直径可以相同,因为没有相变。

所有信息输入后,点击 Next 运行模拟。

左图所示为结果的 Summary 页面。每次模拟后都要检查该页面。

Freon物流完全蒸发,乙二醇出口温度为300 K。物流状态与设计参数相符。

然后检查Exchanger Details页面(左图)。这个页面给出了需要换热面积和实际换热面积,以及计算的传热系数。可以看到,实际换热面积大于需要的换热面积,但差别很小(记住,Aspen中要给出10-20%的设计余量)。还可以看到,Aspen “计算”出的总传热系数实际上只是将你输入的数值取了平均值。

你还应该检查结果中的 Pressure drop 页面 。

检查完结果后,最好根据这个尺寸再次运行模拟并进查结果。设计完成后,应该将输入页面和模拟结果都打印出来。结束语:

通过Aspen来设计再沸器的过程,清楚的表明,尽管Aspen是一个很伟大的软件,但是对设计它依然只是一个估算。你需要仔细对待Aspen的计算结果。这个设计的过程表明,Aspen不能为你计算一切,人工计算总是需要的。

References

1. Lang, Jim. “Design Procedure for Heat Exchangers on AspenPlus Software” Design Manual. 1999.

2. Aspen Plus Simulator 10.0-1. User Interface (1998).

3. Coulson and Richardson. Chemical Engineering Fluid Flow, Heat Transfer and Mass Transfer. Volume 1, 5th ed., Butterworth and Heinemann, 1996.

4. Geankoplis, Christie J. Transport Processes and Unit Operations, 3rd ed., Prentice Hall, 1993.

5. Incropera and DeWitt. Fundamentals of Heat and Mass Transfer, 4th ed., John Wiley and Sons, 1996.

6. Perry, P.H. and Green, D. Perry’s Chemical Engineering Handbook, 7th ed., McGraw-Hill Book Co., 1997.

7. Reid, Prausnitz, and Poling. The Properties of Gases and Liquids. 4th ed., McGraw- Hill Book Co., 1987.


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