第5讲热过程单元的仿真设计一.ppt
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1、CAPD基础 第五讲,Simulation Design of Thermal Processes 热过程单元的仿真设计 (一),传热单元模型的分类,加热器 Heater 换热器 HeatX 多物流换热器 MHeatX 热通量换热器 HXFlux,传热单元归属换热器类(Heat Exchangers), 共7种模型,AspenPlus内部用的有4种,其余3种是与其它软件的接口模块:,传热单元模型的分类 (2),Heater 加热器模型,Heater 模型用于模拟以下单元, 改变单股物流的温度、压力和相态:,加热器 冷却器 阀门(仅改变压力,不涉及阻力) 泵(仅改变压力,不涉及功率) 压缩机(仅
2、改变压力,不涉及功率),Heater 加热器模型(2),Heater 连接,Heater 模型的连接图如下:,1、闪蒸规定 ( Flash specifications) (1)温度 Temperature (2) 压力 Pressure (3)温度改变 Temperature change (4)蒸汽分率 Vapor fraction (5)过热度 Degrees of superheating (6)过冷度 Degrees of subcooling (7)热负荷 Heat duty,Heater 模型参数,Heater模型有两组模型设定参数:,从中任选两项,Heater 模型参数(2),
3、2、有效相态 ( Valid Phase ) (1)蒸汽 (2)液体 (3) 固体 (4)汽液 (5) 汽液液 (6)液游离水 (7) 汽液游离水,Heater 模型参数(3),Heater模型有两组模型设定参数:,Heater 模型参数(4),温度20、压力0.41 MPa、流量4000 kg/hr 的软水在锅炉中加热成为0.39 MPa的饱和水蒸气进入生蒸汽总管。求所需的锅炉供热量。,Heater 应用示例 (1),流量为1000 kg/hr (0.4 MPa )的饱和水蒸汽用蒸汽过热器加热到过热度 100 (0.39 MPa),求过热蒸汽温度和所需供热量。,Heater 应用示例 (2)
4、,流量为 1000 kg/hr、压力为 0.11 MPa、 含乙醇70 %w、 水30 %w的饱和蒸汽在蒸汽冷凝器中部分冷凝,冷凝物流的汽/液比(摩尔)=1/3。求冷凝器热负荷。,Heater 应用示例 (3),案例研究(Case Study)是ASPEN Plus提供的模型分析工具(Model Analysis Tools)之一。当需要对多个不同的工况条件的结果进行比较时,尤其是不同工况有多个且数目不等的参数需要改变时,案例研究工具提供了非常方便的手段: 一次输入所有工况的参数值,通过批处理运行方式计算出全部结果,自动输出到结果文件中。,Case Study 案例研究,Case Study
5、案例研究(2),Case Study 参数定义,首先在改变(Vary)表单中定义不同案例中需要改变的变量:,使用变量序号(Variable number)下拉框中的新建(new)选项增添新的变量; 使用调节变量(Manipulated variable)栏中的一组下拉框设定每一个变量的定义。,Case Study参数定义(2),Case Study 参数赋值,然后在规定(Specification)表单中定义不同案例中调节变量的值:,使用案例序号(Case number)下拉框中的新建(new)选项增添新的案例; 在调节变量值(Values of manipulated variable)表的
6、单元格中按顺序输入相应案例里每一个调节变量的给定值。,Case Study 参数赋值(2),Case Study 批处理运行,完成案例定义后,从窗口的级联式菜单中选择“运行批处理提交”命令 RunBatchSubmit 并在弹出的对话框中设定运行代号(RunID),运行结果输出文件将采用运行代号作为文件名。,Case Study批处理运行(2),Case Study批处理运行(3),Case Study 结果查看,案例研究的模拟结果采用文件输出,不能直接从图形用户界面中查看。 运行完成后,会在工作目录下自动生成输入(*.inp)、状态(*.sta)、简汇(*.sum)和输出(*.out) 四个
7、文本文件,结果数据在*.out文件中,可用文本编辑软件打开查看和编辑。,流量为 100 kg/hr、压力为 0.2 MPa、温度为20 的丙酮通过一电加热器。当加热功率分别为 2 kW、5 kW、10 kW 和 20 kW 时,求出口物流的状态。,Heater 应用示例 (4),Heater 物性计算,利用Heater模块可以很方便地计算混合物在给定热力学状态下的各种物性数据,如泡点、露点、饱和蒸汽压、密度、粘度、热容、导热系数等等:只需将给定组成的物流导入Heater模块,根据给定的热力学状态设定Heater的模型参数,并在总Setup的Report Options中设定相应的输出参数选项即
8、可。,求压力为 0.2 MPa,含甲醇30%w、乙醇20%w、正丙醇20%w、水30%w 的混合物的泡点和露点。,Heater 应用示例 (5),HeatX 换热器模型,逆流/并流(Countercurrent / Cocurrent) 折流板壳程(Segmental Baffle Shell) 棍式挡板壳程(Rod Baffle Shell) 裸管/低翅片管(Bare/Low-finned Tubes),HeatX 模型用于模拟下述结构的管壳式换热器:,计算两股物流之间的热量交换。,HeatX 换热器模型(2),HeatX 连接,HeatX 模型的连接图如下:,计算类型 Calculatio
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- 过程 单元 仿真 设计
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