用 aspen-plus软件设计冷凝器

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1、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340K，1atm.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103W/m

2、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“Hotstreamoutletvaporfraction.”的值为0.0，就是说蒸

3、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“Filmcoefficients”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

4、FilmCoefficients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“Filmcoefficients.”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“coldstream”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

5、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16ft.(~5m)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）

6、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ExchangerDetails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(1467W/m2K)。实际上，Aspen仅仅只是对你输入的数值采用了平均值

7、。其它的结果可以在DetailedResults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。References1.Lang,Jim.“DesignProcedureforHeatExchangersonAspenPlusSoftware”Designmanual.June1999.2Lang,Jim.“BoilingDesignonAspen-Plus.”Designmanual.July1999.3

8、AspenPlusSimulator10.0-1.UserInterface(1998)4CoulsonandRichardson.ChemicalEngineeringFluidFlow,HeatTransferandMassTransfer.Volume1,5thed.,ButterworthandHeinemann,19965.Geankoplis,ChristieJ.TransportProcessesandUnitOperations,3rded.,Pren