Simulación de unidad avanzada de 3 intercambiadores de calor de Aspen
En este artículo, les presentaré una de las "unidades grandes": la unidad intercambiadora de calor. El intercambiador de calor, como su nombre indica, es un dispositivo de intercambio de calor que se utiliza para cambiar el estado termodinámico de un objeto, como el calentamiento de un fluido frío, el enfriamiento de un fluido caliente, la condensación de la fase de vapor, la evaporación de la fase líquida, etc. Más detalles seguirán.
Primero, demos una breve introducción al módulo de la unidad del intercambiador de calor:
El calentador del intercambiador de calor se puede utilizar para simular y calcular uno o varios flujos de material para convertirlo en un elemento específico. también se pueden establecer condiciones de temperatura, presión o estado de fase de una sola corriente para resolver el estado termodinámico de una corriente con componentes conocidos.
Los calentadores pueden realizar los siguientes tipos de cálculos monofásicos o multifásicos:
I. Encontrar el punto de burbuja o punto de rocío de un flujo de aire conocido
> II.Conocer la temperatura de sobrecalentamiento o subenfriamiento correspondiente del flujo de gas
III.Calcular la carga de calor necesaria para llevar el flujo de líquido a un estado específico
IV. una caída de presión conocida
VI Bombas y compresores sin potencia conocida
Diagrama típico de conexión del proceso del calentador
Parámetros de configuración del modelo del calentador
El el modelo de calentador tiene dos conjuntos de parámetros de configuración del modelo: regulación de destello y estado de fase efectiva
Nota: Cuando se especifica la presión (Presión), cuando se especifica como >0, representa la presión absoluta en la salida cuando se especifica como; <= Cuando 0, representa la caída de presión en la salida con respecto a la entrada.
Varios procedimientos combinados de evaporación flash comúnmente utilizados en calentadores
Se utilizan dos ejemplos para ilustrar:
Paso 1: Abra el software y establezca el siguiente proceso en la simulación. Figura de interfaz
Paso 2: Ingrese el componente H2O
Paso 3: Seleccione el método físico IAPWS-95
Paso 3: Seleccione el método de propiedad del material. 95
Paso 4: Ingrese las condiciones del suministro de agua según los requisitos de la pregunta
Paso 5: Ingrese los parámetros del módulo según los requisitos de la pregunta
Paso 6: Ejecute el programa y verifique los resultados de ejecución, de los cuales puede obtener la conclusión: la capacidad de calefacción de la caldera (es decir, la carga de calor) es 3664,5 kilovatios.
Nota: La carga neta es la carga neta, es decir, el valor de carga total sin considerar. pérdidas;
La carga de calor es la carga real y la carga térmica es la carga total considerando la pérdida de calor y otras pérdidas, es decir, la carga total después de considerar la eficiencia del intercambiador de calor.
Las ideas para resolver problemas son las siguientes:
(1) Encuentre la temperatura de salida y la fracción de fase gaseosa del metanol.
Paso 1: abra el software y cree el siguiente diagrama de flujo en la interfaz de simulación
Paso 2: Ingrese los componentes (se deben ingresar ambas sustancias en la pregunta para evitar volver a ingresar más adelante)
Paso 3: Seleccione el método de propiedad física RK-SC:
Paso 4: Ingrese las condiciones de alimentación
Paso 5: Ingrese los parámetros del módulo (el signo negativo indica la caída de presión y el estado de fase efectiva utiliza el sistema bifásico vapor-líquido predeterminado)
Paso 6: Verifique los resultados del cálculo después de la operación: la temperatura de salida es 79,4898 °C y la fracción de vaporización es 0,893949
(2 ) Calor liberado por el agua caliente
Paso 1: en el diagrama de flujo original agregue otro intercambiador de calor CALIENTE
Paso 2: ingrese las condiciones de entrada de agua del intercambiador de calor CALIENTE
Paso 3: Ingrese los parámetros del módulo del intercambiador de calor CALIENTE
Paso 4: Después de ejecutar, verifique los resultados del cálculo: la carga de calor es -1.415 Gcal/h y el signo negativo indica el calor liberado por el agua caliente
(3) Utilice CALIENTE para suministrar calor al FRÍO y encuentre la temperatura de salida del metanol.
Paso 1: El flujo de calor fluye de CALIENTE a FRÍO, establezca un calor conexión de flujo entre los dos y seleccione la flecha Calor debajo de la interfaz Corriente, cambie Material a Calor y luego conecte CALIENTE y FRÍO
Paso 2: El flujo de calor fluye de CALIENTE a FRÍO, establezca una conexión de flujo de calor entre los dos y seleccione la flecha Calor debajo de la interfaz Corriente, cambie Material a Calor y luego conecte CALIENTE y FRÍO
Paso 3: El flujo de calor fluye de CALIENTE a FRÍO Flujo a FRÍO y establece un flujo de calor conexión entre los dos: Podemos saber claramente que cuando los dos establecen una conexión de calor, la carga de calor del enfriador FRÍO debe ser proporcionada por CALIENTE y no debe ser especificada por el usuario. En este momento podemos ver Duty La barra es gris.
Paso 3: Vuelva a ejecutar y verifique los resultados: la temperatura exportada es la misma que la temperatura del refrigerador FRÍO
Paso 3: Vuelva a ejecutar y verifique los resultados: la temperatura exportada es la misma que FRÍO La temperatura más fría es la misma. Ejecute y verifique los resultados: la temperatura de salida es la misma que la primera pregunta. Se puede ver que la carga de calor proporcionada por el flujo de calor es exactamente la misma que la carga de calor especificada por el usuario.
Nota. : Cuando se produce un intercambio de calor entre las dos corrientes, existe un límite en la tasa de conversión de energía. El flujo caliente no puede transferir todo el calor del flujo caliente al flujo frío, lo que da como resultado que su temperatura final sea inferior a la del flujo frío. La máxima utilización se puede lograr a través de puntos de pellizco. Se publicará un artículo para presentar esto más adelante, por lo que no entraré en detalles aquí.
HeatX se puede utilizar para simular el proceso de intercambio de calor cuando dos corrientes de calor fluyen en contracorriente o simultáneamente, y se puede utilizar para realizar cálculos rápidos o detallados en la mayoría de los tipos de intercambiadores de calor de doble flujo.
1. Rápido: El diseño o simulación rápidos puede utilizar menos entradas para simular o diseñar un intercambiador de calor sin conocer su temperatura. Atajo: Diseño o simulación atajo, que puede simular o diseñar un intercambiador de calor con menos entrada sin conocer la estructura detallada del intercambiador de calor.
Detallado: En el caso de conocer la estructura detallada del intercambiador de calor. Debajo, se pueden realizar cálculos detallados o simulación, pero no se puede realizar el diseño del intercambiador de calor.
Tipo estricto: incluido el tipo de carcasa y tubos (cálculo del intercambiador de calor de carcasa y tubos), tipo enfriado por aire (cálculo). de enfriador de aire) y la opción de placas (cálculo del intercambiador de calor de placas) permite un diseño, cálculo o simulación riguroso
La comparación de los tres es la siguiente:
El siguiente es un resumen De estos tres métodos de cálculo, introduzcamos cada opción:
(1) Cálculo de acceso directo (cálculo de acceso directo)
El cálculo de acceso directo puede pasar muy poca información. Introduzca, complete el diseño o cálculo simple y rápido del intercambiador de calor y proporcione a los usuarios una referencia para la toma de decisiones.
Paso 1: Abra el software y cree el siguiente diagrama de flujo
Paso 2: Ingrese a la interfaz de propiedades para ingresar componentes, seleccione el método de propiedad física RK-Soave y verifique el binario parámetros de interacción
p>
Paso 3: Ingrese las condiciones de alimentación logística de frío y calor
Paso 4: Ingrese los parámetros del módulo
Ejecute el programa.
Ejecute el programa y vea los resultados en la página Resultados térmicos/Resumen, donde la temperatura de salida del metanol es 79,4898 °C y la carga de calor del intercambiador de calor es 1,415 Gcar/h. Este resultado es exactamente igual al calculado por el módulo calefactor, verificando su corrección.
En la página ThermalResults/ExchangerDetails, puede ver que el área del intercambiador de calor es 49,4926 m2
(2) Detallado (método de cálculo detallado)
Nota: En 8.8 y Esta función ya no se utilizará en cálculos detallados en versiones futuras. Todos los cálculos detallados en las versiones 8.8 y posteriores devolverán EDR.
Nota: Esta característica está obsoleta en 8.8 y versiones posteriores.
En detalle, el área de transferencia de calor, el coeficiente de transferencia de calor, el coeficiente de corrección de diferencia de temperatura promedio logarítmico y el coeficiente de caída de presión del intercambiador de calor se pueden calcular en función de la dirección del flujo del intercambiador de calor cuando se realiza la geometría detallada. Si se conocen las dimensiones del intercambiador de calor, el calentador de intercambio se puede calcular o simular en detalle.
Paso 1: Siga los pasos del ejemplo anterior y cambie el tipo de cálculo a Detallado. Aparece el siguiente cuadro de diálogo que solicita: La opción Detallada no se puede usar para el diseño: La opción Detallada no se puede usar para el diseño, ignórela. ?
Seleccione "Sí", la página se mostrará en rojo, lo que indica que Detallado no se puede utilizar para los cálculos de diseño.
En este momento, el tipo de operación está configurado en Calificación
Paso 2: Establecer los parámetros del módulo. Esta parte es más compleja y tediosa de realizar. La explicaré en detalle a continuación.
El siguiente paso es ingresar a la interfaz de geometría y configurar la geometría del intercambiador de calor, incluidos la carcasa, los tubos, los deflectores y las boquillas.
En la interfaz de shell, los usuarios pueden especificar los siguientes parámetros según condiciones específicas:
Tipo de shell TEMA
Número de pasos de tubería
Dirección del intercambiador de calor
Número de pares de tiras selladoras (Nº Número de pares de tiras selladoras)
Dirección del flujo del lado del tubo (dirección del flujo del lado del tubo)
Diámetro interior de la carcasa (diámetro del cuerpo de la carcasa)
Separación entre la carcasa y el haz de tubos (separación entre la carcasa y el haz de tubos)
Número de carcasas en serie
Número de carcasas paralelas
Paso 2 (1): Para este problema, el número de tubos conectados en serie es 2, el diámetro interior de la carcasa del tubo es de 850 mm y el espacio entre la carcasa del tubo y el haz de tubos es de 15 mm
? A continuación, ingrese a la interfaz del programa Tubes (Tubes). Aquí hay tres conjuntos de parámetros: (El contenido específico de cada grupo de parámetros debe determinarse de acuerdo con el problema específico).
Tipo de tubo del intercambiador de calor (Seleccione el tipo de tubo)
Disposición del tubo del intercambiador de calor (Disposición del tubo)
Tamaño del tubo del intercambiador de calor (Tamaño del tubo, Tamaño real o nominal)
Paso 2 (2): Esta pregunta se establece en un tubo liso (los tubos con aletas generalmente se designan como tubos lisos (si no hay descripción, el valor predeterminado es tubo liso), el número total de tubos de intercambio de calor (Total número) es 200, el diseño (Patrón) es cuadrado, el material del tubo de intercambio de calor (Material) es acero al carbono y la longitud del tubo (Longitud) es 8 m. La longitud de la tubería (Longitud) es de 8 m, la distancia entre centros de la tubería (Paso) es de 30 mm, el diámetro interior (Diámetro interior) es de 20 mm y el diámetro exterior (Diámetro exterior) es de 25 mm. Otras configuraciones predeterminadas permanecen sin cambios.
Luego ingrese a la interfaz de Deflectores. Hay dos estructuras de deflectores para elegir, a saber, el deflector circular faltante (deflector segmentario) y la varilla plegable (deflector de varilla).
Paso 2(3): Esta pregunta se establece en un deflector de corte circular, la tasa de corte circular (corte de deflector) es 0,2 y el espaciado de deflector a deflector (espaciamiento de deflector a deflector) es de 300 mm.
Finalmente, ingrese los parámetros de la boquilla, donde el usuario puede ingresar los siguientes parámetros:
Diámetro de la boquilla del lado de la carcasa (). Introduzca el diámetro de la boquilla del lado de la carcasa, incluidos el diámetro de la boquilla de entrada y el diámetro de la boquilla de salida;
Introduzca el diámetro de la boquilla del lado del tubo, incluidos el diámetro de la boquilla de entrada y el diámetro de la boquilla de salida;
El diámetro de la boquilla, incluido el diámetro de la boquilla de entrada y el diámetro de la boquilla de salida. diámetro), incluido el diámetro de la boquilla de entrada (diámetro de la boquilla de entrada) y el diámetro de la boquilla de salida (diámetro de la boquilla de salida)
Paso 2 (4): para esta pregunta, el diámetro de la boquilla del lado de la carcasa es de 150 mm y el tubo El diámetro de la boquilla lateral es de 200 mm
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Paso 3: ahora que se completaron todas las entradas, ejecute el programa y vea los resultados
En comparación con los resultados de un cálculo simple, el El estado de las dos corrientes de calor después del intercambio de calor no es muy diferente de la carga de calor del intercambiador de calor.
Se puede ver aquí que el área del intercambiador de calor es muy diferente al diseño. Desde un punto de vista porcentual, el diseño superior (inferior) es -69,1788 en comparación con el diseño (diseño). ), no 0, por lo que habrá una diferencia.
(3) Riguroso (método de cálculo estricto)
Riguroso en realidad llama al software EDR a realizar un diseño, simulación o cálculo muy estricto del intercambiador de calor.
Paso 1: Seleccione Riguroso/Tamaño de carcasa y tubo como tipo de cálculo, especifique la posición del flujo de calor como Carcasa y seleccione Diseño como tipo de cálculo. La temperatura de salida del flujo de calor aún no ha alcanzado los 100 °C. esta vez, la etiqueta de la opción EDR es roja, lo que indica que aún quedan elementos sin completar
Paso 2: haga clic en Siguiente para ingresar a la interfaz de la opción EDR e ingrese el nombre del archivo "RIGOROUS .EDR" (sufijo). ) en la página Entrada/Archivo. EDR "Nombre de archivo (el sufijo debe ser .EDR), es decir, use Shell&Tube para diseñar estrictamente el intercambiador de calor y guarde los resultados en el archivo anterior. Los resultados se guardan en el archivo anterior.
Paso 3: Especifique la caída de presión en las salidas logísticas de frío y calor.
Paso 4: Ejecute el programa para obtener los resultados del diseño. Como se puede ver en la primera imagen a continuación, la temperatura de salida del metanol es 79,8698 °C. y la carga de calor es 1,41487 Gcal/h, que es ligeramente diferente de los resultados del Ejemplo 3. En los "Detalles del intercambiador de calor" puede ver que el área del intercambiador de calor es de 26,6 m2, que es bastante diferente de los dos ejemplos anteriores. Aquí explique por qué hay una gran brecha. Los resultados del método de cálculo simple se calculan en función del coeficiente de transferencia de calor del propio software. Esta fórmula simplifica el cálculo de muchos parámetros y los resultados pueden ser inexactos y, por lo tanto, diferentes. en cálculos detallados Debido al aumento en la estructura, el coeficiente total de transferencia de calor cambia, por lo que el área de transferencia de calor también será muy diferente. Esta es la razón por la cual el método de cálculo estricto es muy diferente de los dos ejemplos anteriores. El método de cálculo es diferente de los dos ejemplos anteriores. El motivo de la gran brecha.
También puede ver los resultados detallados del intercambiador de calor desde la interfaz del navegador EDR/Resultados/Resumen de resultados/hoja TEMA. se muestra a continuación
(c) Intercambiador de calor MHeatX
El intercambiador de calor MHeatX se puede usar para simular intercambiadores de calor con múltiples flujos de calor y frío. El intercambiador de calor MHeatX se puede usar para simular calor con. Múltiples flujos de calor y múltiples flujos de frío. El intercambiador de calor MHeatX garantiza un equilibrio energético total independientemente de la geometría del intercambiador de calor.
El intercambiador de calor MHeatX puede completar un análisis detallado y riguroso de la zona interna. determine los puntos de pellizco y las curvas de calentamiento y enfriamiento para todos los fluidos en el intercambiador de calor.
Se requerirán diferentes tipos de regulaciones para diferentes corrientes.
El intercambiador de calor MHeatX parte del supuesto de que todos los flujos no especificados tienen la misma temperatura de salida, que está determinada por el balance energético total.
Lo que debes hacer aquí es comprenderlo y usarlo, no es necesario profundizar y no daré ejemplos aquí.
Lo anterior es el contenido completo de la unidad de simulación del intercambiador de calor. Espero que sea útil para que todos comprendan el contenido y el uso de los intercambiadores de calor. Un amigo me dijo que mi artículo tiene demasiado texto y no es fácil de aprender de forma intuitiva. Utilicé muchos gráficos en este artículo con la esperanza de brindarles a todos un mejor formato de aprendizaje.
Vista previa del próximo número: Aspen Advanced Parte 4: Simulación de unidad de transferencia de fluido