Основы моделирования химико-технологических систем. Пахомов А.Н - 25 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ТГТУ | Тамбов

Составители: 

Рубрика: 

м
б
мб
ср
ln
t
t
tt
t
∆
∆
∆−∆
=∆
, (9.18)
где ∆tб и ∆tм – большая и меньшая разности температур на входах и выходах теплообменника с учётом взаимного хода по-
токов, например, для противотока (рис. 9.4), т.е.
∆tб = большее из
(
)
г
к
г
н
TT −
,
()
х
н
х
к
TT −
(9.19)
∆tм = меньшее из
(
)
г
к
г
н
TT − ,
()
х
н
х
к
TT − . (9.20)
Так как температуры «горячего» и «холодного» потоков на выходе теплообменника неизвестны, то провести простой
расчёт не представляется возможным, поэтому, можно рекомендовать проведение расчёта методом перебора или минимиза-
ции в соответствии со следующим алгоритмом:
1. Задается некоторое первоначальное значение температуры «холодного» потока на выходе из теплообменника. Обыч-
но
1,0
х
н
х
к
+= TT .
2. При известной температуре «холодного» потока на выходе, его составе и расходе, по формуле (9.9) с учетом формул
(9.10 и 9.11) рассчитывается его теплосодержание
х
к
Q
.
3. С использованием формулы теплового баланса (9.15) рассчитывается тепловая нагрузка на теплообменник
тп
Q и теп-
лосодержание выходного «горячего» потока
г
к
Q .
4. По величине теплосодержания выходного «горячего» потока
г
к
Q определяется его температура (9.5) и движущая сила
теплопередачи (9.18).
5. Определяется разность теплоты теплопередачи, рассчитанной в п. 3 и по формуле основного уравнения теплопередачи
(9.16);
6. Если разность, определённая в п. 5, меньше заданной точности расчёта, то расчёт заканчивается. В противном случае
температура выходящего «холодного» потока увеличивается на некоторое значение, и расчёт повторяется с п. 2.
При использовании математических методов минимизации, в п. 4 необходимо добавить логические условия по анализу
пересечения линий нагревания/охлаждения, т.е. чтобы температура «холодного» потока на входе и выходе теплообменника
не была выше температуры «горячего» потока.
В заключение следует отметить, что кроме указанного алгоритма поверочного расчёта теплообменника, существуют
другие алгоритмы, приводящие к аналогичным результатам.
Из всего разнообразия теплообменного оборудования, исходя из начальных условий, выше был рассмотрен простейший
вариант одноходового противоточного кожухотрубного теплообменника-подогревателя без учёта фазовых переходов и по-
терь. При возникновении фазовых переходов расчёт значительно усложняется, так как в данном случае требуется не только
учитывать в тепловом балансе теплоту фазовых переходов, их полноту и «излом» линий нагрева/охлаждения, но и пересчи-
тывать материальный баланс с учётом фазового равновесия и изменения состава и массы потоков вследствие фазовых пере-
ходов. Несомненно, данная задача является достаточно сложной и не универсальной, так как требует создания алгоритмов
расчета для каждого конкретного случая.
Кроме рассмотренного выше интегрального подхода к расчёту теплообменника, существует и дифференциальный под-
ход, заключающийся в интегрировании дифференциальных уравнений материального и теплового баланса теплообменника
по площади теплообмена с учётом всех нюансов. Основным преимуществом дифференциального подхода является отсутст-
вие сложных методов учёта всех особенностей теплопередачи для всего теплообменника и его универсальность, так как раз-
личные особенности теплообмена всегда учитываются в дифференциальных уравнениях для элементарной площади тепло-
передачи dF. Именно поэтому, данный подход используется большинством программных продуктов для расчёта ХТС.
В связи с относительно высокой сложностью алгоритмов расчёта теплообменников с учётом фазовых переходов, моду-
лей реакторов, модулей фазового равновесия, межфазного массообмена и т.д., в настоящем конспекте лекций они не приво-
дятся. Полное описание алгоритмов расчёта этих модулей, а также дополнительные алгоритмы расчёта смесителя, делителя
и теплообменника, можно найти в литературе по моделированию химико-технологических процессов.
10. Использование пакета ChemCAD
для моделирования
Химико-Технологических Систем
Пакет ChemCAD разработан компанией SIMSCI ChemStations, Inc. Он состоит из непосредственно базовой универсаль-
ной программы ChemCAD, предназначенной для статического моделирования основных процессов, основанных на фазовых
и химических превращениях (имеющая средства расчёта геометрических размеров и конструктивных характеристик основ-
ных аппаратов, и оценки стоимости оборудования), так и дополнительных модулей: СС-DYNAMICS – расчёт динамических
режимов, СС-THERM – расчёт теплообменников (типа труба в трубе, пластинчатых, кожухотрубных, аппаратов воздушного
охлаждения), CC-BATCH – моделирование процессов периодической ректификации и ряда других.
Универсальная моделирующая программа имеет графический интерфейс для платформ PC/Windows, базу данных инди-
видуальных компонентов (более 1900 веществ), позволяет задавать различные многокомпонентные потоки в виде псевдо-
компонентов или генерировать их на основании данных разгонки, поддерживает большинство методов расчёта термодина-
мических свойств (в том числе содержит специальные методы для расчёта амин, полимер содержащих смесей и т.д.).
Рассмотрим основные приёмы работы в пакете ChemCAD (в дальнейшем ХЕМКАД).

Страницы