用-Aspen-Plus软件设计冷凝器
用 Aspen-Plus软件设计冷凝器 问题叙述：要将1atm，101的饱和水蒸气冷凝下来，采用340 K ，1 atm.的乙二醇作为冷物料。所有的水蒸气都要被冷凝。设备管理器推荐采用垂直逆流换热器，蒸汽走管程，压力降不考虑。过程示意图如下：设计一般规则：当固体表面的温度低于饱和蒸汽的温度时，就会发生冷凝。冷凝有两种形式：膜状和滴状。后者的传热系数更高，但是一般需要在表面覆盖能达到滴状的装置。因此，一般的冷凝器设计的时候都假设为膜状冷凝，我们这个例子也如此。与加热蒸发设计一样，冷凝的传热系数以103 W/ m K计量。在这个例子中，采用垂直冷凝器，冷凝物在管内冷凝。蒸汽在管内从上自下流动而乙二醇在壳程逆流流动。由于用Aspen估算传热系数不是太准确，因此需要人工计算传热系数。但是，用人工计算是比较繁琐的，一般采用系统的热量衡算程序来解决此问题。 首先通过从HeatX图标上选择模块来建立流程。当流程完成以后（如上图所示），输入其它的必要信息：名称、物性方法、给定的物流数据。现在进入到换热器的Setup页面，（如左图所示），设置“Hot stream outlet vapor fraction.”的值为0.0，就是说蒸汽离开换热器的时候是饱和水，在此基础上作简化计算。流动为逆流操作。点击Next运行模拟。这是简化计算的结果。注意检查所有物流的出口条件。蒸汽完全冷凝，乙二醇的温度升高到设计温度365K，同时注意饱和蒸汽的温度。返回到Setup，将计算改为“Detailed.”。换热器的规定不变。现在点击到U-methods页面，规定总传热系数用“Film coefficients”计算。下一页将详细说明各传热系数的算法。（这仅是计算冷凝器传热系数的一种方法，还可调用Fortran子程序计算系数，参见文献1）上图所示是Film Coefficients的输入页面。向前面一个例子一样，我们需要手工输入传热系数（参见文献2）。记住，只有选择总传热系数的计算方式是“Film coefficients.”时，才能到这个页面。在这，输入手算得到的热物流的值。蒸汽有两相，因此“vapor” 和“condensing”的空处都要填写。记住单位要正确。在“cold stream”处根据手算的结果指定外面的传热系数。乙二醇只有一相，所以只需在“liquid.”处填写数据。（见下图）现在设定换热器的几何形状。左图所示是壳程的输入页面。向前面一样，输入壳程类型、管子的根数、壳程直径和管板间距。注意指明换热器的方向，这个例子中，换热器方向是垂直的。. 管子的输入和前面的一样（参见文献1和2）。注意：典型的冷凝器的管长在16 ft. (5 m)左右。点击进入Baffles页面。冷凝器中的折流板（Baffles）有强化传热的作用。输入手算的结果。如果不知道设计值，就设定折流板的数目两倍于管子的米数。在这个例子中，管长为5米，因此10个折流板是较好的开始。折流板间距的设置与此一样。如果不知道折流板间距，输入第一块折流板与管板之间的间距（见参考文献1）点击到 Nozzles 页面。 左图所示为管口（nozzles）输入页面。输入管口直径（参见文献1和2 的推荐值）。记住蒸汽在管中从气相变成了液相，所以入口的管径要大于出口管径。点击Next运行模拟。图示为运行结果的Summary页面。检查所有物流的出口条件，确认蒸汽已经完全冷凝。这是Exchanger Details页面。比较实际所需的换热面积与设计值。采用10%的设计值余量是较安全的。如你所看到的，Aspen“计算”了平均传热系数(1467 W/m2 K)。实际上，Aspen仅仅只是对你输入的数值采用了平均值。其它的结果可以在Detailed Results区域浏览。要浏览所有的结果以保证设计值是准确的，换热器在推荐的标准之内。当然需要作更多的优化。设计完成后，应该将输入页面和模拟结果都打印出来。References 1 . Lang, Jim. “Design Procedure for Heat Exchangers on AspenPlus Software” Design manual. June 1999.2 Lang, Jim. “Boiling Design on Aspen-Plus.” Design manual. July 1999.3 Aspen Plus Simulator 10.0-1. User Interface (1998)4 Coulson and Richardson. Chemical Engineering Fluid Flow, Heat Transfer and Mass Transfer. Volume 1, 5th ed., Butterworth and Heinemann, 19965. Geankoplis, Christie J. Transport Processes and Unit Operations, 3rd ed., Prentice Hall, 1993.6. Incropera and DeWitt. Fundamentals of Heat and Mass Transfer. 4th ed., John Wiley and Sons, 1996.7. Perry, P.H. and Green, D. Perrys Chemical Engineering Handbook. 7th ed., McGraw-Hill Book Co., 1997.
