用Aspen-Plus软件设计冷凝器.doc

用 Aspen-Plus软件设计冷凝器 问题叙述：要将1atm，101℃饱和水蒸气冷凝下来，采取340 K ，1 atm.乙二醇作为冷物料。全部水蒸气全部要被冷凝。设备管理器推荐采取垂直逆流换热器，，蒸汽走管程，压力降不考虑。 过程示意图以下： 设计通常规则： 当固体表面温度低于饱和蒸汽温度时，就会发生冷凝。冷凝有两种形式：膜状和滴状。后者传热系数更高，不过通常需要在表面覆盖能达成滴状装置。所以，通常冷凝器设计时候全部假设为膜状冷凝，我们这个例子也如此。和加热蒸发设计一样，冷凝传热系数以103 W/ m K计量。 在这个例子中，采取垂直冷凝器，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。 因为用Aspen估算传热系数不是太正确，所以需要人工计算传热系数。不过，用人工计算是比较繁琐，通常采取系统热量衡算程序来处理此问题。 首先经过从HeatX图标上选择模块来建立步骤。当步骤完成以后（如上图所表示），输入其它必需信息：名称、物性方法、给定物流数据。 现在进入到换热器Setup页面，（如左图所表示），设置“Hot stream outlet vapor fraction.”值为0.0，就是说蒸汽离开换热器时候是饱和水，在此基础上作简化计算。流动为逆流操作。 点击Next运行模拟。 这是简化计算结果。注意检验全部物流出口条件。蒸汽完全冷凝，乙二醇温度升高到设计温度365K，同时注意饱和蒸汽温度。 返回到Setup，将计算改为“Detailed.”。换热器要求不变。 现在点击到U-methods页面，要求总传热系数用“Film coefficients”计算。下一页将具体说明各传热系数算法。（这仅是计算冷凝器传热系数一个方法，还可调用Fortran子程序计算系数，参见文件1） 上图所表示是Film Coefficients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（参见文件2）。记住，只有选择总传热系数计算方法是“Film coefficients.”时，才能到这个页面。在这，输入手算得到热物流值。蒸汽有两相，所以“vapor” 和“condensing”空处全部要填写。记住单位要正确。 在“cold stream”处依据手算结果指定外面传热系数。乙二醇只有一相，所以只需在“liquid.”处填写数据。（见下图） 现在设定换热器几何形状。左图所表示是壳程输入页面。向前面一样，输入壳程类型、管子根数、壳程直径和管板间距。注意指明换热器方向，这个例子中，换热器方向是垂直。 . 管子输入和前面一样（参见文件1和2）。 注意：经典冷凝器管长在16 ft. (~5 m)左右。 点击进入Baffles页面。 冷凝器中折流板（Baffles）有强化传热作用。输入手算结果。假如不知道设计值，就设定折流板数目两倍于管子米数。在这个例子中，管长为5米，所以10个折流板是很好开始。 折流板间距设置和此一样。假如不知道折流板间距，输入第一块折流板和管板之间间距（见参考文件1） 点击到 Nozzles 页面。 左图所表示为管口（nozzles）输入页面。输入管口直径（参见文件1和2 推荐值）。记住蒸汽在管中从气相变成了液相，所以入口管径要大于出口管径。 点击Next运行模拟。 图示为运行结果Summary页面。 检验全部物流出口条件，确定蒸汽已经完全冷凝。 这是Exchanger Details页面。 比较实际所需换热面积和设计值。采取10%设计值余量是较安全。 如你所看到，Aspen“计算”了平均传热系数(1467 W/m2 K)。实际上，Aspen仅仅只是对你输入数值采取了平均值。 其它结果能够在Detailed Results区域浏览。要浏览全部结果以确保设计值是正确，换热器在推荐标准之内。当然需要作更多优化。 设计完成后，应该将输入页面和模拟结果全部打印出来。 References 1 . Lang, Jim. “Design Procedure for Heat Exchangers on AspenPlus Software” Design manual. June 1999. Lang, Jim. “Boiling Design on Aspen-Plus.” Design manual. July 1999. Aspen Plus Simulator 10.0-1. User Interface (1998) Coulson and Richardson. Chemical Engineering Fluid Flow, Heat Transfer and Mass Transfer. Volume 1, 5th ed., Butterworth and Heinemann, 1996 5. Gea