第6讲热过程单元的仿真设计（二）课件

CAPD基础 第六讲第六讲Simulation Design of Simulation Design of Thermal Processes Thermal Processes 热过程单元的仿真设计热过程单元的仿真设计（二）（二）CAPD基础基础 第六讲第六讲Simulation Design o详细计算只能与核算或模拟选项配合。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、流动情况计算实际的换热面积、传热系数、对数平均温度校正因子和压降。对数平均温度校正因子和压降。使用核算选项时，模块根据设定的换使用核算选项时，模块根据设定的换热要求计算需要的换热面积。热要求计算需要的换热面积。使用模拟选项时，模块根据实际的换使用模拟选项时，模块根据实际的换热面积计算两股物流的出口状态。热面积计算两股物流的出口状态。HeatX详细计算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HeatX详细计算(2)HeatX详细计算详细计算(2)压降压降 (Pressure Drop)分别指定热侧和冷侧的出口压力分别指定热侧和冷侧的出口压力 (Outlet pressure)(Outlet pressure)根据几何结构计算根据几何结构计算 (Calculated from geometry)(Calculated from geometry)HeatX 详细计算(3)压降压降 (Pressure Drop)HeatX HeatX 详细计算 (4)HeatX 详细计算详细计算 (4)总传热系数方法总传热系数方法 (U methods)常数常数常数常数 (Constant)(Constant)相态法相态法相态法相态法 (Phase specific values)(Phase specific values)幂函数幂函数幂函数幂函数 (Power law expression)(Power law expression)换热器几换热器几换热器几换热器几何结构何结构何结构何结构 (Exchanger Geometry)(Exchanger Geometry)传热膜系数传热膜系数传热膜系数传热膜系数 (Film coefficients)(Film coefficients)详细计算采用后两种方法详细计算采用后两种方法详细计算采用后两种方法详细计算采用后两种方法HeatX 详细计算 (5)总传热系数方法总传热系数方法 (U methods)HeatX膜膜系系数数法法根根据据换换热热器器的的几几何何结结构构和和流流动动情情况况分分别别计计算算热热流流体体侧侧和和冷冷流流体体侧侧的的传传热热膜膜系系数数(Film coefficients)，根根据据管管壁壁材材料料和和厚厚度度计计算算传传导导热热阻阻，再再结结合合给给定定的的污污垢垢热热阻阻因因子子(Fouling factor)计算出总传热系数计算出总传热系数U。HeatX U-膜系数法膜系数法根据换热器的几何结构和流动情况分别计算热流体侧和冷流膜系数法根据换热器的几何结构和流动情况分别计算热流体侧和冷流HeatX U-膜系数法 (2)HeatX U-膜系数法膜系数法 (2)HeatX几何结构详详细细计计算算时时需需输输入入换换热热器器的的几几何何结结构构参参数数。从从数数据据浏浏览览器器左左侧侧的的目目录录树树中中选选择择几几何何(Geometry)项项目目，然然后后在在右右侧侧的的壳壳程程(Shell)、管管程程(Tubes)、管管翅翅(Tube fins)、挡挡板板(Baffles)和和管管嘴嘴(Nozzles)表单中输入相应的数据。表单中输入相应的数据。HeatX几何结构详细计算时需输入换热器的几何结构参数。从几何结构详细计算时需输入换热器的几何结构参数。从HeatX几何结构（2 2）HeatX几何结构（几何结构（2）HeatX壳程参数壳程壳程(Shell)表单中包含以下参数：表单中包含以下参数：壳程类型壳程类型 TEMA shell type管程数管程数 No.of tube passes换热器方位换热器方位 Exchanger orientation密封条数密封条数 Number of sealing strip pairs管程流向管程流向 Direction of tubeside flow壳内径壳内径 Inside shell diameter壳壳/管束间隙管束间隙 Shell to bundle clearanceHeatX壳程参数壳程壳程参数壳程(Shell)表单中包含以下参数：表单中包含以下参数：HeatX管程参数（2）HeatX管程参数（管程参数（2）HeatX壳程类型壳程类型包含六种结构供选用：壳程类型包含六种结构供选用：HeatX壳程类型壳程类型包含六种结构供选用：壳程类型壳程类型包含六种结构供选用：HeatX壳程类型（2）HeatX壳程类型（壳程类型（2）HeatX其它壳程参数HeatX其它壳程参数其它壳程参数HeatX管程参数管程管程(Tubes)表单中包含以下参数：表单中包含以下参数：选择管类型选择管类型 Select tube type 裸管裸管 Bare tube 翅片管翅片管 Finned tube管程布置管程布置 Tube layout 总管数总管数 Total number 管长管长 Length 排列模式排列模式 Pattern 中心距中心距 Pitch 材料材料 Material 导热系数导热系数 ConductivityHeatX管程参数管程管程参数管程(Tubes)表单中包含以下参数：表单中包含以下参数：HeatX管程参数（2 2）HeatX管程参数（管程参数（2）HeatX管程参数（3 3）管管程程参参数数还还有有管管尺尺寸寸(Tube size)，可用两种方式输入：可用两种方式输入：实际尺寸实际尺寸 Actual内径内径 Inner diameter外径外径 Outer diameter 厚度厚度 Tube thickness 三选二三选二公称尺寸公称尺寸 Nominal 直径直径 Diameter BWG规格规格 Birmingham wire gaugeHeatX管程参数（管程参数（3）管程参数还有管尺管程参数还有管尺HeatX管程参数（4 4）HeatX管程参数（管程参数（4）HeatX 列管排列模式 HeatX 列管排列模式列管排列模式 HeatX管翅结构 对对于于翅翅片片管管，还还需需从从管管翅翅(Tube fins)表表单中输入以下参数：单中输入以下参数：翅片高度翅片高度 Fin height 翅片高度翅片高度/翅片根部平均直径翅片根部平均直径Fin height/Fin root mean diameter翅片间距翅片间距 Fin spacing:每单位长度的翅片数每单位长度的翅片数/翅片厚度翅片厚度Number of fins per unit length/Fin thicknessHeatX管翅结构管翅结构 对于翅片管，还需从管对于翅片管，还需从管HeatX管翅结构(2)(2)HeatX管翅结构管翅结构(2)HeatX管翅结构(3)(3)HeatX管翅结构管翅结构(3)HeatX挡板结构有两种挡板结构可供选用：有两种挡板结构可供选用：1、圆缺挡板、圆缺挡板 Segmental baffle 2、棍式挡板、棍式挡板 Rod baffle从从挡挡板板(Baffles)表表单单中中进进行行选选择择并并输入有关参数。输入有关参数。HeatX挡板结构有两种挡板结构可供选用：挡板结构有两种挡板结构可供选用：HeatX圆缺挡板Segmental BaffleSegmental BaffleHeatX圆缺挡板圆缺挡板Segmental BaffleHeatX圆缺挡板（2 2）圆缺挡板需输入以下参数：圆缺挡板需输入以下参数：所有壳程中的挡板总数所有壳程中的挡板总数 No.of baffles,all passesNo.of baffles,all passes挡板切割分率挡板切割分率 Baffle cut(fraction of shell diameter)Baffle cut(fraction of shell diameter)管板到第一挡板的间距管板到第一挡板的间距 Tubesheet to 1Tubesheet to 1st st baffle spacing baffle spacing挡板间距挡板间距 Baffle to baffle spacingBaffle to baffle spacing壳壁壳壁/挡板间隙挡板间隙 Shell-baffle clearanceShell-baffle clearance管壁管壁/挡板间隙挡板间隙 Tube-baffle clearanceTube-baffle clearanceHeatX圆缺挡板（圆缺挡板（2）圆缺挡板需输入以下参数：）圆缺挡板需输入以下参数：HeatX圆缺挡板（3 3）HeatX圆缺挡板（圆缺挡板（3）HeatX棍式挡板Rod BaffleRod BaffleHeatX棍式挡板棍式挡板Rod BaffleHeatX棍式挡板（2）棍式挡板需输入以下参数：棍式挡板需输入以下参数：所有壳程中的挡板总数所有壳程中的挡板总数 No.of baffles,all passesNo.of baffles,all passes圆环内径圆环内径 Inside diameter of ringInside diameter of ring圆环外径圆环外径 Outside diameter of ringOutside diameter of ring支撑棍直径支撑棍直径 Support rod diameterSupport rod diameter每块挡板的支撑棍总长每块挡板的支撑棍总长 Total length of support rods Total length of support rods per baffle per baffleHeatX棍式挡板（棍式挡板（2）棍式挡板需输入以下参数：棍式挡板需输入以下参数：HeatX棍式挡板（3）HeatX棍式挡板（棍式挡板（3）HeatX管嘴 管管嘴嘴即即换换热热器器的的物物料料进进出出接接口口，需需从从Nozzle表单中输入以下参数：表单中输入以下参数：输入壳程管嘴直径输入壳程管嘴直径 Enter shell side nozzle diametersEnter shell side nozzle diameters 进口管嘴直径进口管嘴直径 Inet nozzle diameterInet nozzle diameter 出口管嘴直径出口管嘴直径 Outlet nozzle diameterOutlet nozzle diameter输入管程管嘴直径输入管程管嘴直径 Enter tube side nozzle diametersEnter tube side nozzle diameters 进口管嘴直径进口管嘴直径 Inlet nozzle diameterInlet nozzle diameter 出口管嘴直径出口管嘴直径 Outlet nozzle diameterOutlet nozzle diameterHeatX管嘴管嘴 管嘴即换热器的物料进出接口，管嘴即换热器的物料进出接口，HeatX管嘴（2）HeatX管嘴（管嘴（2）HeatX结果查看 HeatX最最重重要要的的是是热热参参数数结结果果(Thermal results)，其下包括五张表单：，其下包括五张表单：概况概况 Summary 衡算衡算 Balance 换热器详情换热器详情 Exchanger details 压降压降/速度速度 Pre drop/velocities 分区分区 ZonesHeatX结果查看结果查看 HeatX最重要的是热参最重要的是热参HeatX 概况概概况况表表单单给给出出了了冷冷、热热物物流流的的进进、出出口口温温度度、压压力力、蒸蒸汽汽分分率率(Vapor fraction)，以以及及换换热热器器的的热热负负荷荷(Heat duty)。HeatX 概况概况表单给出了冷、热物流的进、出口温度概况概况表单给出了冷、热物流的进、出口温度HeatX 概况(2)(2)HeatX 概况概况(2)HeatX换热器详情换换热热器器详详情情表表单单给给出出了了需需要要的的换换热热器器面面积积(Required exchanger area)、实实际际的的换换热热器器面面积积(Actual exchanger area)、清清洁洁(Clean)和和结结垢垢(Dirty)条条件件下下的的平平均均传传热热系系数数(Avg.heat transfer coefficient)、校校正正后后的的对对数数平平均均温温差差(LMTD corrected)、热热效效率率(Thermal effectiveness)和和 传传 热热 单单 元元 数数(Number of transfer units)等有用的信息。等有用的信息。HeatX换热器详情换热器详情表单给出了需要的换热器面积换热器详情换热器详情表单给出了需要的换热器面积HeatX换热器详情（2 2）HeatX换热器详情（换热器详情（2）HeatX压降/速度压压 降降/速速 度度 表表 单单 给给 出出 了了 流流 道道 压压 降降(Exchanger Pressure drop)、管管嘴嘴压压降降和和总总压压降降；壳壳程程错错流流(Crossflow)和和挡挡板板窗窗口口(Windows)处处 的的 最最 大大 流流 速速 及及 雷雷 诺诺 数数(Reynolds No.)；管管程程的的最最大大流流速速及及雷雷诺诺数数等等有有用用的的信信息息，我我们们可可以以根根据据这这些些信信息息调调整整管管程程数数，挡挡板板数数目目和和切切割割分分率率，以以及及管管嘴尺寸。嘴尺寸。HeatX压降压降/速度压降速度压降/速度表单给出了流道压降速度表单给出了流道压降(ExcHeatX压降/速度（2 2）HeatX压降压降/速度（速度（2）HeatX 分区分分区区表表单单给给出出了了换换热热器器内内根根据据冷冷、热热流流体体相相态态对对传传热热面面积积分分区区计计算算的的情情况况，包包括括各各区区域域的的热热流流体体温温度度、冷冷流流体体温温度度、对对数数平平均均温温差差、传传热热系系数数、热热负负荷荷和和传传热热面面积积信信息息。我我们们可可根根据据此此信信息息分分析析换换热热方方案案是否合理以及改进设计方案的方向。是否合理以及改进设计方案的方向。HeatX 分区分区表单给出了换热器内根据冷、热流体相分区分区表单给出了换热器内根据冷、热流体相HeatX 分区（2 2）HeatX 分区（分区（2）用用1200 kg/hr饱和水蒸汽饱和水蒸汽(0.3 MPa)加热加热2000 kg/hr 甲醇甲醇(20、0.3 MPa)。离开换热器的蒸汽冷凝水压力为离开换热器的蒸汽冷凝水压力为0.28 MPa、过冷度为、过冷度为2。换热器传热系。换热器传热系数根据相态选择。求甲醇出口温度、数根据相态选择。求甲醇出口温度、相态、需要的换热面积。相态、需要的换热面积。HeatX 应用示例(1)用用1200 kg/hr饱和水蒸汽饱和水蒸汽(0.3 MPa)对上例选用下述换热器进行详细核算：对上例选用下述换热器进行详细核算：外壳直径：外壳直径：325 mm，公称面积：公称面积：10 m2，管长：管长：3 m，管径：，管径：19 2 mm，管数：，管数：76，排列方式：正三角，管程数：排列方式：正三角，管程数：2，壳程数：，壳程数：1，折流板间距：折流板间距：150 mm，折流板缺口高度：折流板缺口高度：79 mmHeatX 应用示例(2)对上例选用下述换热器进行详细核算：对上例选用下述换热器进行详细核算：HeatX 应用示例应用示例