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1、第四节第四节 ChemCAD模拟换热过程模拟换热过程东南大学成贤学院常见换热器 管壳式换热器 传统、应用最广泛：特别是高温、高压和大型装置常见换热器 板式换热器 可处理从水到高粘度的液体，用于加热、冷却、冷凝、蒸发等过程。常见换热器 套管式换热器 结构简单、传热面积增减方便；能承受高温、高压；易于用耐腐蚀性材料制造。缺点是管接头多、容易泄漏；清洗困难、造价较高。常见换热器 空冷器 适用于空冷器的地方：冷却水供应困难，水冷的运费过高；水冷引起结垢和腐蚀严重；水冷引起环境污染。传热计算的基本方法 沸腾 液体吸热后在其内部或表面产生气泡的过程称为沸腾。当加热壁面附近液体的流动仅由壁面与液体间的温差和
2、所产生气泡的干扰引起，壁面上的沸腾称为池内沸腾；当流体在其他动力作用下以一定速度掠过加热面时，该壁面上产生的沸腾称为流动沸腾。产生沸腾的条件是：液体必须过热，且要有汽化核心。传热计算的基本方法 热虹吸 靠冷热流体密度差促进流体流动的现象称为热虹吸现象。不管是管侧还是壳侧，ChemCAD采用相同的方法计算，即整合了对流沸腾和核态沸腾两种传热现象。在该计算中，管壁温度很重要。当一定量的过冷物质存在时，本软件也计算过冷沸腾现象。并计算过冷物质沸腾需要的最小热量，同时与管壁温度进行比较。如果管壁温度足够高，则通过核态沸腾的方法计算传热系数，并且同过冷现象相结合。热虹吸的循环速度通过压降计算，可以规定进
3、出口压强。为了确保热平衡，热虹吸侧的蒸汽产生速度设为定值。传热计算的基本方法 降膜沸腾 热量主要由加热面通过蒸汽膜传给沸腾液体，热阻主要是蒸汽膜的导热阻，这样的沸腾称为降膜沸腾。对于液体的加热、冷凝或者沸腾，降膜换热器都可以实现。对于降膜换热，ChemCAD通过Dukler法计算。传热计算的基本方法 池式沸腾 在核态沸腾计算中，尽管ChemCAD考虑的是两相对流，但是却认为传热系数为核态沸腾传热系数，并采用Forster-Zuber方法计算。考虑到管束中存在的遮盖效应以及混合液沸点与蒸汽温度间的差别，壳侧临界热流通过计算单根管子的临界热流再乘以管束校正系数而得到。传热计算的基本方法 冷凝 从一
4、个系统中排除热量而使蒸汽转变为液体的过程称为冷凝。当蒸汽被冷却到低于相应压力下的饱和温度时，会引起小液滴成核，从而发生冷凝。蒸汽遇冷壁面发生不均匀成核时，冷凝液依附于冷壁面的形式有珠状冷凝和膜状冷凝两种。珠状冷凝由于传热面大部分被冷凝液覆盖，不存在冷凝液膜引起的附加热阻，其传热系数较膜状冷凝要大510倍以上，因此生产中希望出现持久的珠状冷凝。但到目前为止，各种手段仍无法保持长久的珠状冷凝，最终还是会形成膜状冷凝。因此工业冷凝器的设计是以膜状冷凝公式为依据的。传热计算的基本方法 壳程冷凝 Reynold数在1000以下，壳侧冷凝系数用Nusselt方法计算。当Reynold数大于1000时，则采
5、用Labuntso方法计算湍流区的重力传热系数。壳侧剪切力传热系数采用与强制沸腾相同的方法计算。传热计算的基本方法 管程冷凝 对于立式管，采用Dukler方法计算重力传热系数。对于卧式管侧冷凝采用Nusselt方法计算得到重力传热系数。在卧室冷凝管中采用Boyko-Kruzhilin方法计算剪切力控制的传热系数。ChemCAD模拟板壳式换热器计算 例.把如下组分混合蒸汽从82冷却到54，设计分凝卧式管壳式 冷凝器。假定如下：混合蒸汽量 22600 kg/h 操作压力 11.6 kgf/cm2（绝压）冷却水温度 进口：27；出口：43 组成如下：组分 摩尔分数 甲烷 0.0179 乙烷 0.05
6、20 丙烷 0.3420 正丁烷 0.3820 异丁烷 0.1665 正戊烷 0.0233 正己烷 0.0163 温度为82，压力为11.6 kgf/cm2（绝压）。ChemCAD模拟板壳式换热器计算ChemCAD模拟板壳式换热器计算ChemCAD模拟板壳式换热器计算ChemCAD模拟板壳式换热器计算ChemCAD模拟板壳式换热器计算 Sizing-Heat Exchanger-Shell&TubeChemCAD模拟板壳式换热器计算ChemCAD模拟板壳式换热器计算ChemCAD模拟板壳式换热器计算ChemCAD模拟板壳式换热器计算ChemCAD模拟板壳式换热器计算ChemCAD模拟板壳式换热
7、器计算ChemCAD模拟板壳式换热器计算ChemCAD模拟板壳式换热器计算ChemCAD模拟板壳式换热器计算ChemCAD模拟板壳式换热器计算ChemCAD模拟板壳式换热器计算ChemCAD模拟板壳式换热器计算ChemCAD模拟板壳式换热器计算综合设计二甲醚的生产过程设置单位选择组分热力学计算方法专家系统热力学计算方法的选择定义进料流股换热器2参数设置换热器5参数设置过程换热器3参数设置化学计量反应器4参数设置TOWR 6参数设置TOWR 6参数设置SCDS 7参数设置SCDS 7参数设置阀门9参数设置液体泵8参数设置运行结果流股组成运行结果流股组成换热器2热曲线换热器5热曲线过程换热器3热交
8、换曲线TOWR 6塔曲线SCDS 7塔曲线综合设计题目设计任务及条件设计任务及条件 某厂以苯和乙烯为原料，通过液相烷基化反应生成含乙苯和苯的混合物。经水解、水洗等工序获得烃化液。烃化液经过精馏分离出的苯返回循环使用，而从脱除苯的烃化液中分离出乙苯作为生产苯乙烯的原料。现要求设计一采用常规精馏的方法，从烃化液中分离出苯的精馏装置。要求从塔顶馏出的苯液中，乙苯的含量低于.（摩尔分数，下同）。釜液中苯含量要求小于.。塔顶馏出液及釜液要求降至，其它条件如下所述。组分名称苯甲苯 乙苯 二甲苯二乙苯三乙苯焦油 水摩尔分数0.59820.006020.30910.009060.062780.003110.005560.00608质量流量（kg/h）14082.9摩尔流量（kmol/h）154.63温度()60