Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
3 Thiết bị trao đổi nhiệt

3 Thiết bị trao đổi nhiệt

Tải bản đầy đủ - 0trang

www.thuvien247.net

Trong đó



U: Hệ số truyền nhiệt tồn phần

A: Diện tích bề mặt truyền nhiệt

DTLM : Chênh lệch nhiệt độ logarit (LMTD)

Ft : Hệ số hiệu chỉnh LMTD



Lưu ý rằng hệ số truyền nhiệt và diện tích bề mặt truyền nhiệt

thường được kết hợp thành đại lượng UA được sử dụng phổ biến.

LMTD và hệ số hiệu chỉnh của nó đã được định nghĩa trong mục

Performance.

3.3.2. Design Tab

Gồm 5 trang: Connections, Parameters, Specs, User Variables và

Notes

Connections Page

Ở trang này cung cấp tên dòng vào, dòng ra, cũng như tên của dòng

đi bên trong và ngồi ống.



Trong mục này

thảo luận về mơ

phỏng tĩnh thiết bị

trao đổi nhiệt.

Thông tin chi tiết

về mô phỏng động

thiết bị này xem

trong Dynamic

Modeling guide,

Chapter 4 -Heat

Transfer

Equipment



Parameters Page

Trong trang này có thể chọn mơ hình tính tốn và nhập dữ liệu vật

lý thích hợp. Parameters Page hiển thị phụ thuộc vào lựa chọn mơ

hình tính tốn.

Lưu ý rằng khi Thiết bị trao đổi nhiệt được thiết lập như là một

bộ phận của lưu trình Column Sbub-Flowsheet (như khi sử dụng

phương pháp tính tốn HYSIM đã biến đổi) các mơ hình thiết bị

trao đổi nhiệt này khơng sử dụng được. Thay vào đó, trong

Column Sbub-Flowsheet, thiết bị trao đổi nhiệt đã tính tốn từ

tháp như cân bằng nhiệt và cân bằng vật chất đơn giản.

16



www.thuvien247.net

Từ danh sách kéo thả chọn phương pháp tính cho thiết bị trao đổi

nhiệt. Có các mơ hình trao đổi nhiệt sau đây:

• Exchanger Design (Endpoint)

• Exchanger Design (Weighted)

• Steady State Rating

• Dynamic Rating

Có 2 loại tổn thất nhiệt xác định

• Heat Leak Hao tổn năng suất dòng lạnh do rò rỉ. Năng suất

tăng phản ánh sự tăng nhiệt độ.

• Heat Loss Hao tổn năng suất dòng nóng do mất mát. Năng

suất giảm phản ánh sự giảm nhiệt độ.

Tất cả các mơ hình thiết bị trao đổi nhiệt được sử dụng cho tính

tốn trao đổi nhiệt xi dòng và ngược dòng.

Mơ hình thiết kế End Point

Mơ hình này thiết kế dựa trên cơ sở phương trình năng suất trao đổi

nhiệt tiêu chuẩn (phương trình (3.8) ở trên), xác định tồn bộ các

thơng số: hệ số trao đổi nhiệt, diện tích bề mặt trao đổi nhiệt, chênh

lệch nhiệt độ. Giả thiết chính của mơ hình được nêu ra:

1. Hệ số truyền nhiệt, U là hằng số

2. Nhiệt dung riêng của cả hai dòng đi trong và ngồi ống là

hằng số

Tóm lại, mơ hình này khảo sát đường đặc tuyến nhiệt của cả hai

dòng trong và ngồi thiết bị trao đổi nhiệt là tuyến tính. Trường hợp

đơn giản, khơng có sự biến đổi pha và Cp là hằng số, mơ hình này

có thể đủ để mơ phỏng thiết bị trao đổi nhiệt. Trong trường hợp đặc

tuyến nhiệt là đường phi tuyến, phải thay thế bằng mơ hình

Weighted.



17



www.thuvien247.net

Chọn mơ hình End point, có các tham số sau:



Với chùm n ống,

HYSYS tính tốn

trao đổi nhiệt

trên cơ sở có ít

nhất 2n ống đi

qua. Các đường

cong hệ số hiệu

chỉnh LMTDcho

ống và vỏ có thể

tìm thấy trong

GPSA

Engineering

Data Book,

thơng thường có

n vỏ và 2n hoặc

nhiều hơn số

ống.



Tham số End point



Mô tả



Chênh lệch áp suất

trong và ngồi ống



Độ chênh áp suất DP của hai dòng trong

và ngoài ống của thiết bị trao đổi nhiệt

được xác định. Nếu bạn không xác định

được giá trị Delta P, Hysys sẽ tính tốn

chúng từ áp suất của dòng.



Passes



Bạn lựa chọn Hysys thực hiện các phép

tính tốn, các thao tác trên Counter

Current (lí tưởng với Ft=1) hoặc số ống.

Số lượng các ống xác định là số nguyên

từ 1 đến 7. Khi số ống xác định, Hysys

sẽ tính tốn các thơng số thích hợp cho

thiết kế. Giá trị thấp hơn 0.8 tương ứng

thiết kế sử dụng không hiệu quả bề mặt

trao đổi nhiệt. Số ống lớn hơn hoặc

chênh lệch nhiệt độ lớn khơng sử dụng

trong trường hợp này



UA



Là tích của hệ số truyền nhiệt tồn phần

và tổng tồn bộ diện tích bề mặt trao đổi

nhiệt. Hiệu suất thiết bị trao đổi nhiệt tỷ

lệ với chênh lệch nhiệt độ logarit. UA có

thể được xác lập hoặc tính tốn bằng

Hysys



Mơ hình thiết kế Weighted

Mơ hình Weighted

chỉ được sử dụng

trong tính tốn

trao đổi nhiệt

ngược dòng.



Mơ hình này là mơ hình rất tuyệt vời trong trường hợp đường cong

truyền nhiệt là phi tuyến như thay đổi thành phần pha một hoặc cả

hai dòng trong thiết bị trao đổi nhiệt. Với mơ hình Weighted đường

cong truyền nhiệt bị chia thành từng đoạn và cân bằng năng lượng

được tính tốn theo từng đoạn. LMTD và UA được tính tốn cho

mỗi đoạn trong đường cong nhiệt và tổng tính cho tồn bộ UA trao

đổi nhiệt.

Mơ hình này chỉ dùng cho thiết bị trao đổi nhiệt ngược dòng, về bản

chất là mơ hình cân bằng năng lượng và vật chất. Cấu trúc hình học

ảnh hưởng tới hệ số hiệu chỉnh Ft, khơng được khảo sát trong mơ

hình này

Khi bạn chọn mơ hình Weighted, Parameters Page sẽ xuất hiện

như trong giao diện sau:

18



www.thuvien247.net



Bảng dưới đây mô tả các mục thể hiện trong giao diện:

Mục (Item)



Heat Loss/Leak



Tubeside and

Shellside Delta P



UA



Mô tả

Bạn có thể định rõ có hay khơng có tổn

thất nhiệt bằng cách chọn phím tương ứng.

Nút None được mặc định. Có hai lựa chọn

tổn thất nhiệt khác:

• Extremes (điểm cực trị) : Trong dòng

nóng, nhiệt lượng tổn thất được xem xét

ở nơi nhiệt độ cao nhất. Bản chất, đỉnh

của đường cong nhiệt chuyển dịch theo

lượng nhiệt tổn thất. Đây là diễn biến tồi

tệ nhất có thể. Trong dòng lạnh, lượng

nhiệt tăng ở nơi nhiệt độ thấp nhất

• Proportional (tỷ lệ): Lượng nhiệt tổn

thất được phân phối trên toàn bộ các

khoảng

Độ chênh áp DP trong và ngoài ống của

thiết bị trao đổi nhiệt có thể được xác định

ở đây. Nếu bạn khơng định rõ giá trị DP,

Hysys sẽ tính tốn chúng từ áp suất hơi cố

định

Là tích của hệ số truyền nhiệt tồn phần và

tổng tồn bộ diện tích bề mặt trao đổi

nhiệt. Hiệu suất thiết bị trao đổi nhiệt tỷ lệ

với chênh lệch nhiệt độ logarit. UA có thể

được xác lập hoặc tính tốn bằng Hysys



Với mỗi loại thiết bị trao đổi nhiệt, các thông số dưới đây được hiển

thị (nhưng Pass Name có thể được biến đổi)

19



www.thuvien247.net

Individual Heat

Curve Details



Mơ tả



Pass Name



Nhận dạng dòng trong và ngồi ống theo

như tên mà bạn cung cấp ở Connections

Page



Intervals



Số lượng các đoạn có thể định rõ. Với sự

thay đổi nhiệt độ không tuyến tính, cần

nhiều đoạn hơn



Dew/bubble point



Chọn vào hộp thoại này để thêm vào một

điểm bọt hay điểm sương trên đường cong

nhiệt. Nếu có sự chuyển pha xảy ra, hộp

thoại thích hợp được chọn.



Có 3 lựa chọn cho Step Type trong Individual Heat Curve Details

Step Type



Mơ tả



Equal Enthalpy



Tất cả các đoạn có sự thay đổi enthalpy



Equal Temperature



Tất cả các đoạn có sự thay đổi nhiệt độ



Auto Interval



Hysys sẽ xác định vị trí các điểm nên

thêm vào đường cong nhiệt. Đây là

thiết kế để tối thiểu hóa các lỗi, sử

dụng ít nhất số lượng các đoạn



Pressure profile được cập nhật trong vòng lặp ngoài, sử dụng một

trong các phương pháp dưới đây:

Pressure Profile



Phương pháp tính tốn



Constant dPdH



Duy trì dPdH khơng đổi trong suốt q

trình cập nhật



Constant dPdUA



Duy trì dPdUA khơng đổi trong suốt q

trình cập nhật



Constant dPdA



Duy trì dPdA khơng đổi trong suốt q

trình cập nhật. Hiện tại khơng áp dụng cho

trao đổi nhiệt vì diện tích chưa tính



Inlet Pressure



Áp suất khơng đổi và bằng áp suất đầu vào



Outlet Pressure



Áp suất không đổi và bằng áp suất đầu ra



Steady State Rating Model

Đây là mơ hình mở rộng của mơ hình End point bao gồm việc tính

tốn tỷ lệ và sử dụng những giả thiết và dữ kiện giống như trong mơ

hình End Point. Nếu cung cấp chi tiết các thơng tin hình học, có

20



www.thuvien247.net

thể đánh giá thiết bị trao đổi nhiệt sử dụng mơ hình này. Như tên

gọi, mơ hình này chỉ phù hợp trong mô phỏng tĩnh.

Trong trường hợp đường cong nhiệt tuyến tính hoặc gần tuyến tính,

nên sử dụng mơ hình này. Do phương pháp tính, mơ hình tĩnh thực

hiện tính tốn nhanh hơn so với mơ hình động



Khi chọn Steady State Rating Model được, các Parameters dưới

đây được sử dụng:

End Point

Parameters



Mô tả



Tubeside and

Shellside Delta P



Độ chênh áp DP được xác định ở đây. Nếu

khơng có giá trị DP, Hysys sẽ tự động tính

tốn từ áp suất dòng liên kết với thiết bị.



UA



Là tích của hệ số truyền nhiệt tồn phần và

tổng tồn bộ diện tích bề mặt trao đổi nhiệt.

Hiệu suất thiết bị trao đổi nhiệt tỷ lệ với

logarit chênh lệch nhiệt độ. UA có thể được

khai báo hoặc tính tốn bằng Hysys.



Dynamic Rating

Hai mơ hình Basic và Detailed có thể sử dụng cho Dynamic rating

trong tính tốn thiết bị trao đổi nhiệt. Nếu có ba thơng số nhiệt độ

hoặc hai thông số nhiệt độ và một giá trị UA, có thể xác định thiết

bị trao đổi nhiệt bằng mơ hình Basic. Nếu cung cấp chi tiết các

thơng tin hình học, có thể sử dụng mơ hình Detailed. Chú ý rằng

Specs Page sẽ xuất hiện khi Dynamic Rating được chọn.

Mô hình Basic dựa trên cơ sở những giả thuyết và dữ liệu giống

như với mơ hình thiết kế End Point, trong đó sử dụng phương trình

hiệu suất thiết bị trao đổi nhiệt tiêu chuẩn (phương trình 3.8) để xác

định hệ số truyền nhiệt và diện tích bề mặt trao đổi nhiệt và logarit

chênh lệch nhiệt độ. Mơ hình Basic là bản sao của mơ hình thiết kế

21



www.thuvien247.net

End Point cho mơ phỏng động nhưng vẫn có thể sử dụng cho đánh

giá trao đổi nhiệt trong mơ phỏng tĩnh.

Mơ hình Detailed dựa trên những giả thiết và dữ liệu giống mơ

hình Weighted và chia thiết bị trao đổi nhiệt thành các vùng nhiệt,

thực hiện cân bằng năng lượng dọc theo mỗi khoảng. Mơ hình này

u cầu chi tiết thơng tin hình học của thiết bị trao đổi nhiệt. Mơ

hình Detailed là bản sao của mơ hình thiết kế Weighted cho mơ

phỏng động nhưng vẫn có thể sử dụng cho đánh giá trao đổi nhiệt

trong mô phỏng tĩnh.

Chọn Dynamic Rating, không yêu cầu thêm thông tin từ

Parameters Page của Design Tab. Chọn Basic hoặc Detailed trên

Parameters page của Design tab



Specs page

Nếu làm việc với

Dynamic Rating

model thì trang

này sẽ khơng

xuất hiện trên

Design tab



Ở trang này, sẽ thấy ba hộp thoại cho biết các thông số khác nhau

và thơng tin tính tốn. Các thơng tin cung cấp trong Specs page chỉ

có giá trị với các mơ hình Weighted, Endpoint and Steady State

Rating và nó khơng xuất hiện khi lựa chọn mơ hình Dynamic

Rating



22



www.thuvien247.net

Solver Group

Trong hộp Solver Group có chứa các thơng số sau :

Solver Parameters Chi tiết

Tolerance



Thiết lập sai số tính tốn



Curent error



Khi sai số nhỏ hơn sai số tính tốn cho phép,

kết quả được xem xét để hội tụ về một điểm



Iterations



Hiển thị vòng lặp ngồi. Ở vòng lặp ngồi

đường cong nhiệt được cập nhật và thực

hiện các tính tốn các đại lượng đặc trưng.

Các tính tốn khơng có các điều kiện ràng

buộc chặt chẽ được tính tốn trong vòng lặp

trong. Các điều kiện ràng buộc cũng sẽ được

xem xét trong vòng lặp trong.



Unknown Variables Group

Hysys sẽ liệt kê tất cả các biến chưa biết theo các thơng số được

nhập. Khi bài tốn đã được giải quyết, giá trị của các biến này sẽ

được hiển thị.

Khơng có Heat

Balance

specification, sẽ

khơng có cân

bằng nhiệt. Vì

vậy đây là điều

kiện bắt buộc khi

tính thiết bị trao

đổi nhiệt



Specification Group

Chú ý rằng việc xác định Heat Balance (được xác định từ 0 kJ/h) là

điều kiện bắt buộc. Duty Error có thể bỏ qua.

Khi khơng xác định Heat Balance có thể xác định tất cả bốn dòng

trao đổi nhiệt, Hysys sẽ tính sai số cân bằng nhiệt, sẽ hiển thị giá trị

hiện thời trong hộp thoại Specifications.

The UA là thông số mặc định. Hysys hiển thị giá trị này như một

đại lượng thơng dụng. Có thể sử dụng đại lượng này hoặc khơng.

Có thể View hoặc Delete các thơng số bằng cách sử dụng các phím

ở phía phải hộp thoại. Các thông số tự động xuất hiện khi một thông

số mới được khai báo thơng qua phím Add như thể hiện trên hình

dưới đây.

Specification view gồm hai trang tab: Parameters và Summary.

Ví dụ, xác định Delta Temp Spec (chênh lệch nhiệt độ) u cầu hai

tên dòng và giá trị của thơng số.



23



www.thuvien247.net



Summary Page dùng để xác định các thông số Active hoặc

Estimate. Giá trị Spec Value cũng thể hiện trên trang này.

Chú ý rằng thông tin hiển thị trên Specification view cũng hiển thị

trên Specifications group.

Active là một thuật

toán hội tụ. Active

hoạt động khi cả hai

hộp được chọn



Tất cả các thông số sẽ thuộc một trong ba loại sau:

Specification Type Mô Tả

Active



Estimate được sử

Estimate

dụng như một thuật

toán hội tụ ban đầu, và

được coi là thơng số

khơng hoạt động.



Completely Inactive

bỏ qua hồn tồn

thuật tốn hội tụ,

nhưng có thể khơi

phục active hoặc

estimate sau đó.



Completely

Inactive



Active là một thuật tốn hội tụ. Lưu ý rằng

active ln ln có giá trị gần đúng ban đầu

(khi chọn Active, hysys sẽ tự động chọn

Estimate). Active có một bậc tự do.

Estimate được coi là thơng số khơng hoạt

độngvì thuật tốn hội tụ khơng đáp ứng. Để

sử dụng chỉ estimate thì phải bỏ dấu chọn

trong ơ active. Giá trị sau đó chỉ được thực

hiện bằng giá trị gần đúng ban đầu cho thuật

tốn hội tụ. Estimate khơng sử dụng bậc tự

do đã có.

Để bỏ qua giá trị của các thơng số tính tốn

trong q trình hội tụ, bỏ dấu chọn trong cả

hai ô active và estimate. Bằng cách bỏ qua

như vậy sẽ tốt hơn là xố các thơng số, có

thể sau này bạn sẽ muốn sử dụng lại.



Danh sách các thông số cho phép thử các tập hợp khác nhau của các

thơng số trong ba thơng số nêu trên. Ví dụ, giả sử có một số các

thơng số và muốn xác định xem các thông số nào sẽ active, các

thông số nào sẽ là estimate và những thông số nào sẽ ignored. Bằng



24



www.thuvien247.net

các thao tác chọn vào các ô tương ứng, có thể thử một vài phương

án sao cho nhận được kết quả mong muốn.

Xem xét một số thông số có thể:

Specification Type Mơ Tả

Nhiệt độ Cân bằng

nhiệt đầu vào nóng

là nhiệt độ của

dòng nóng đi vào

trừ đi độ giảm

nhiệt độ do tổn

thất nhiệt.

Nhiệt độ Cân bằng

nhiệt đầu vào lạnh

là nhiệt độ của

dòng vào lạnh

cộng với độ tăng

nhiệt độ



Temperature



Nhiệt độ của dòng nối với trao đổi nhiệt.

Nhiệt độ cân bằng của dòng nóng hoặc lạnh

có thể được xác định.



Delta Temp



Chênh lệch nhiệt độ đầu vào hoặc đầu ra

giữa hai dòng nối với trao đổi nhiệt. Nhiệt độ

cân bằng đầu vào nóng hoặc lạnh (liên quan

đến nhiệt mất mát và nhiệt rò rỉ với điều kiện

đầu vào) có thể được sử dụng.



Minimum

Approach



Gần đúng tối thiểu nhiệt độ bên trong. Chênh

lệch nhiệt độ giữa dòng nóng và dòng lạnh

(khơng nhất thiết là đầu vào hay đầu ra)



UA



UA tồn phần (tích của hệ số truyền nhiệt

tồn phần và diện tích bề mặt truyền nhiệt)



LMTD



Chênh lệch nhiệt độ logarit toàn phần



Duty



Hiệu suất toàn phần, sai số, nhiệt mất mát,

nhiệt rò rỉ. Sai số sẽ nhận giá trị bằng 0 khi

cân bằng nhiệt được bảo tồn. Tổn thất nhiệt

sẽ chỉ có khi cài đặt Extremes hoặc

Proportional trong Parameters page



Duty Ratio



Duty Ratio có thể xác định giữa bất kỳ hai

trong số các đại lượng: nhiệt năng toàn phần,

sai số, tổn thất nhiệt và mất mát nhiệt.



Flow



Lưu lượng của dòng nối với trao đổi nhiệt

(lưu lượng khối lượng, lưu lượng mol, hoặc

lưu lượng thể tích lỏng)



Flow Ratio



Tỷ số giữa hai lưu lượng dòng vào. Tất cả

các tỷ lệ khác là không được chấp nhận hoặc

là thừa (tức là lưu lượng dòng vào và dòng ra

vỏ hoặc ống là bằng nhau)



User Variables Page

User Variables Page cho phép viết code và thiết lập các case mơ

phỏng có thêm các biến mới theo yêu cầu của người sử dụng.



25



www.thuvien247.net

Để có thêm thông tin, xem User Variables chapter trong tài liệu

Customization Guide.

Notes Pages

Notes Pages cho phép soạn thảo dưới dạng văn bản những ghi chú

hoặc thông tin liên quan đến thiết bị trao đổi nhiệt hoặc mơ phỏng

nói chung.

3.3.3. Rating Tab

Rating tab bao gồm 4 pages: Sizing, Parameters, Nozzles và Heat

Loss. Trong đó Parameters page chỉ được sử dụng cho Dynamics

Heat Exchanger trong mô phỏng động hoặc trong Dynamics khi sử

dụng Dynamic Rating .

Sizing Page

Sizing Page cung cấp các thông tin liên quan đến kích thước truyền

nhiệt. Dựa trên các thơng tin về hình dạng, Hysys sẽ tính tốn độ

chênh lệch áp suất và hệ số truyền nhiệt đối lưu của cả bề mặt trao

đổi nhiệt và tốc độ trao đổi nhiệt.

Các thơng tin này được thực hiện bằng ba phím: Overall, Shell,

Tube.

Overall

Khi chọn Overall, tồn bộ hình dạng thiết bị trao đổi nhiệt được

hiển thị trên giao diện:



26



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

3 Thiết bị trao đổi nhiệt

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×