Моделирование процесса теплообмена в Aspen Plus. Часть 1

13 Pages·2.627 MB·Russian

Моделирование процесса теплообмена
в Aspen Plus

Часть 1

2013 г.
Типы моделей аппаратов для теплообмена, нагреватели (и охладители)

Модель Описание Назначение Использование
Heater Нагреватель или Задает тепловое Нагреватели, охладители,
охладитель и фазовое клапаны, миксеры.
состояние Насосы и компрессоры,
выходного когда результаты,
потока относящиеся к продукту,
не важны
HeatX Двухпотоковый Передает тепло Двухпотоковые
теплообменник от одного потока теплообменники. Оценка
к другому трубчатых
теплообменников, когда
геометрия неизвестна
MHeatX Многопотоковый Передает тепло Теплообменники с
теплообменник между любым несколькими потоками
количеством тепла. Двухпотоковые
потоков теплообменники.
Охладители с жидким
азотом.
Hetran Интерфейс к B- Моделирует Трубчатые
JAC Hetran трубчатые теплообменники широко
теплообменники спектра конфигураций
Aerotran Интерфейс к B- Моделирует Широкий спектр
JAC Aerotran теплообменники конфигураций
с воздушным теплообменников с
охлаждением воздушным
охлаждением.
Моделирует
экономайзеры и
конвекционные секции
огненных нагревателей
HXFlux Расчетная Моделирует Определяет среднюю
модель передачи конвективный логарифмическую
тепла теплообмен разницу температур,
между используя точные или
теплоотводом и приближенные расчеты
источником
тепла
HTRIIST Интерфейс к Моделирует Трубчатые
программе трубчатые теплообменники
HTRIIST теплообменники широкого спектра
конфигураций, в том
числе паровые котлы
1. Модель «Heater»

Вы можете использовать «Heater» для:
- нагревателей;
- охладителей;
- клапанов;
- насосов;
- компрессоров.
Вы также можете использовать «Heater» для задания
термодинамических свойств потока.
Когда вы зададите выходные условия, «Heater» определит
температурные и фазовые состояние смеси из одного или более входящих
потоков.
Определение входных параметров нагревателя Heater:
1. давление (или гидравлическое сопротивление) и один из
перечисленных:
– температура на выходе;
– тепловая нагрузка или входящий поток тепла;
– доля пара;
– изменение температуры;
– степень недогрева или перегрева;
2. температура на выходе или изменение температуры:
– давление;
– тепловая нагрузка;
– доля пара.
3. для одной фазы используйте давление (или гидравлическое
сопротивление) и один из них:
– температура на выходе;
– тепловая производительность или входящий поток тепла;
– изменение температуры.
Значение доли пара, равное 1, соответствует точке росы, 0 обозначает
точку начала кипения.
Потоки тепла:
- для блока Heater можно указать любое количество входящих
тепловых потоков;
- для прямого указания чистой тепловой нагрузки нагревателя
определяется только один выходной поток тепла;
- чистая тепловая нагрузка – это тепло, выделившееся или
поглощенное в результате изменения температуры или давления
- если вы указываете только одно значение (температура или давление),
Heater будет использовать суму входящих тепловых потоков как
спецификацию по тепловой нагрузке.
- если вы указываете две величины, Heater использует потоки тепла
только для расчета чистой тепловой нагрузки.

Пример Heater №1.
Необходимо узнать конечную температуру материального потока
(воды) с начальной температурой t = 25 °C и расходом 10 кг/с после ввода
теплового потока 1500 кВт.
Выберем из «Heat Exchangers» («Теплообменники») «Heater». Добавим
входящий («IN») и выходящий материальный поток («OUT»).

Введем используемую среду – вода.

Выберем модель расчета.
Введем технологические характеристики входящего потока.

Для моделирования теплообменника введем недостающие параметры:
тепловой поток и давление.

После расчета выводим полученные данные на экран.

Температура выходящего потока повысилась на (335,739-298,15) = 37,6 °С.
2. Модель «HeatX»

Модель двухпоточного теплообменника:
- «HeatX» осуществляет кратки или подробные вычисления
коэффициента теплоотдачи аппарата и подробный расчет конструкции;
- если конструкция теплообменника неизвестна или неважна, могут
быть выполнены простые расчеты теплопередачи от потока к потоку (расчет
теплового и материального баланса);
- для подробных расчетов теплоотдачи и гидравлического
сопротивления должна быть указана конструкция теплообменника.
«HeatX» может моделировать теплообменники трубчатого типа:
- противоточные и прямоточные;
- с кожухами E, F,G, H, J и Х (по стандарту ТЕМА) с сегментными
перегородками;
- с кожухами E и F (по стандарту ТЕМА) с отбойными пластинами;
- с гладкими и оребренными трубами.

«HeatX» выполняет:
- полный анализ всех зон теплообменника;
- расчет теплоотдачи и гидравлического сопротивления;
- точные вычисления теплопередачи, кипения и конденсации, кА в
трубках, так и в межтрубном пространстве;
- корреляции, встроенные или указываемые пользователем.

«HeatX» не может:
- выполнить расчет конструкции;
- выполнить анализ механических вибраций и расчет на прочность;
Задание спецификаций расчета HeatX.
Выберите одну из следующих спецификаций:
1. поверхность теплопередачи или конструкция;
2. нагрузка теплообменника;
3. постоянная UA;
4. для выходящих потоков:
- температура;
- повышение или снижение температуры;
- разница температур;
- сближение температур;
- степень перегрева или недогрева;
- доля пара.
В качестве исходных данных рассмотрим пример, в котором
необходимо рассчитать кожухотрубчатый теплообменник для двух водо-
органических растворов. Горячий раствор в количестве G = 6 кг/с
1
охлаждается от t н =112,5 °C до t к = 40 °C. Начальная температура
1 1
холодного раствора (G =21,8 кг/с) равна t н = 20 °С. Оба рассматриваемых
2 2
раствора близки по свойствам к воде.

После запуска программы выберите «Blank simulation».
Далее необходимо выбрать тип теплообменника, в нашем примере
выбираем HeatX.

Нажимаем левой кнопкой на белом фоне экрана и размещаем
теплообменник с обозначением «Heater». Добавим материальные потоки к
теплообменнику.
Потоки А1 и А2 являются горячими потоками, соответственно F1 и F2
– холодными.
Нажмите кнопку «Next» для продолжения моделирования.

Выберем единицы измерения «SI» («СИ»).

Как видно из исходных данных рабочая среда в теплообменнике вода.
Введем это в программу.
Нажмите кнопку «Next».
При дальнейшем моделировании программа предложит вам выбрать
модель для расчета – выберем IDEAL.

Нажмите кнопку «Next».

Далее вводим технологические параметры горячего и холодного
потока. Давление выбрано из среднего напора стандартного насоса (р = 4 ат).

Горячий поток

Холодный поток