bài giảng thiết kế mô phỏng thiết bị trao đổi nhiệt

1 THIẾT KẾ MÔ PHỎNG THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT  Cung cấp cho học SV cách thức sử dụng hysys để tính toán mô phỏng các loại thiết bị trao đổi nhiệt khác nhau.  Các thông số cần phải cài đặt khi thiết kế thiết bị trao đổi nhiệt.  SV phải nắm vững cơ sở lý thuyết của qua trình trao đổi nhiệt và nguyên lý làm việc của tất cả các thiết bị trao đổi nhiệt trong công nghệ. MỤC TIÊU 2  Air cooler:Trao đổi nhiệt bằng không khí  Cooler/heater: Thiết bị làm lạnh/gia nhiệt  Fired Heater (Furnace): Lo đốt  Heat exchanger: Trao đổi nhiệt  LNG CÁC MÔ HÌNH TBTĐN TRONG HYSYS  Thiết bị trao đổi nhiệt bằng không khí, sử dụng không khí để làm mát môi chất.  Thiết bị trao đổi nhiệt bằng không khí có thể được tính toán mô phỏng khi biết các thông số sau:  Hệ số trao đổi nhiệt của thiết bị (UA).  Lưu lượng của không khí.  Nhiệt độ của dòng môi chất cần làm mát.  Cơ sở tính toán dựa trên phương trình trao đổi nhiệt và cân bằng nhiệt của hệ thống: AIR COOLER 3  Cách truy cập mô hình mô phỏng Air cooler như sau: Cách 1:  Từ menu chọn Flowsheet =>chọn lệnh Add Operation hoặc F12  Chọn Heat Transfer Equipment  Từ danh mục thiết bị chọn Air cooler => Add Cách 2:  Chọn Flowsheet Palette từ menue (F4)  Nhấn chọn biểu tượng Air cooler  Sau khi nhấn chọn cách 1 hoặc 2 màn hình mô phỏng air cooler sẽ xuất hiện AIR COOLER 1.Tại phần connection của Tab Design nhập các thông tin sau:  Tên của thiết bị  Kết nối dòng công nghệ vào/ra thiết bị. 2.Tab Parameter: Cung cấp các thông số của thiết bị như:  Chọn Air cooler model của thiết bị từ danh mục  Nhập chênh áp DeltaP qua thiết bị hoặc áp suất dòng vào/ra thiết bị. CÁCH MÔ PHỎNG AIR COOLER 4  Nhập 03 trong 05 thông số sau: UA, nhiệt độ dòng vào/ra, Nhiệt độ không khí vào/ra.  Khi tính toán thiết kế thiết bị mới, nhập Nhiệt độ không khí, nhiệt độ dòng môi chất vào ra  Khi đánh giá hiệu quả trao đổi nhiệt của thiết bị nhập nhiệt độ vào/ra, nhập hiệt độ không khí  Khi đánh giá khả năng đáp ứng của thiết bị hiện hữu khi tăng lưu lượng, nhiệt độ dòng môi chất đầu vào => nhập UA, nhiệt độ dòng vào, nhiệt độ không khí.  Nhập nhiệt độ dòng vào/ra bằng cách nào??? CÁCH MÔ PHỎNG AIR COOLER 3. Tại Tab rating:  Nhập số lượng quạt vào cột Number of Fanquạt,  Vận tốc quạt vào mục Design speed và lưu lượng không khí vào mục Design air flow.  Nếu không nhập các thông số này thì hysys mặt định như cài đặt.  Thông thường các thông số này không phải nhập khi thiết kế mô phỏng.  Khi đánh giá thiết bị thì bắt buộc phải nhập các thông số này từ dữ liệu thiết bị do nhà sx cung cấp.??? CÁCH MÔ PHỎNG AIR COOLER 5 4. Từ Worksheet có thể cung cấp các thông tin cho dòng công nghệ vào ra thiết bị 5. Từ Performance tab xem thông tin về kết quả tính toán thiết bị. 6. Lưu ý thay vì nhập UA có thể nhập công suất nhiệt của thiết bị tại mục Duty trong Tab Performance. AIR COOLER  Cho dòng lưu chất có thành phần như bên  Nhiệt độ dòng môi chất là 60 oC., áp suất 109 bar, lương lượng 150.000 Nm3/h.  nhiệt độ sau làm lạnh là 40 oC,  Nhiệt độ môi trường lấy bằng TB là 32 oC, min = 17 oC, max = 37 oC.  Số lượng quạt là 01.  Chênh áp qua thiết bị: 20 Kpa.  Tính: Công suất nhiệt (Duty) của thiết bị, UA, nhiệt độ của không khí sau làm lạnh ứng với các điều kiện nhiệt độ môi trường. Trình bày kết quả tính ở dạng bảng (Sử dụng Databook).  Giả sử công suất nhiệt của thiết bị là 12.10^4 kJ/h, tính nhiệt độ đầu ra của môi chất.  Giả sử lưu lượng khí tăng lên 200. kNm3/h, xác định T sau làm lạnh nếu công suất nhiệt của thiết bị không đổi Case study 1 CấuCấu tửtử Mole fractionMole fraction N2N2 0.00020.0002 H2SH2S 0.04050.0405 CO2CO2 0.01510.0151 C1C1 0.72500.7250 C2C2 0.08150.0815 C3C3 0.04550.0455 ii C4C4 0.01500.0150 NN C4C4 0.01800.0180 ii C5C5 0.01200.0120 NN C5C5 0.01300.0130 C6C6 0.00900.0090 H2OH2O 0.00000.0000 6 Nhiệt độ môi trường lấy bằng TB là 17 oC, Tính: Công suất nhiệt (Duty) : -9.8.10^6 kj/h UA = 5.5.10^5 Kj/C.h Nhiệt độ: 40.2 oC. Trình bày kết quả tính ở dạng bảng (Sử dụng Databook). Giả sử công suất nhiệt của thiết bị là 12.10^4 kJ/h, tính nhiệt độ đầu ra của môi chất => vào Performance xóa Product T và nhập duty. Giả sử lưu lượng khí tăng lên 200. kNm3/h, xác định T sau làm lạnh nếu công suất nhiệt của thiết bị không đổi: Click dòng vào, thay đổi lưu lượng lên 200 ksm3/h => xem kết quả Case study 1 Cooler và heater là dạng thiết bị trao đổi nhiệt dùng để làm lạnh/gia nhiệt cho môi chất. Mô hình làm lạnh dạng cooler và heater cho phép xác định lượng nhiệt cần thiết để làm lạnh/gia nhiệt nhưng không cần quan tâm đến tác nhân làm lạnh là gì? Cở sở tính toán dựa trên phương trình trao đổi nhiệt và cân bằng vật chất của quá trình. Đối với làm lạnh: Đối với heater: Cooler và heater 7  Cách truy xuất mô hình mô phỏng Cooler/Heater từ hysys: Cách 1:  Từ menu chọn Flowsheet =>chọn lệnh Add Operation hoặc F12  Chọn Heat Transfer Equipment  Từ danh mục thiết bị chọn Cooler/Heater => Add Cách 2:  Chọn Flowsheet Palette từ menue (F4)  Nhấn chọn biểu tượng Cooler/heater  Sau khi nhấn chọn cách 1 hoặc 2 màn hình mô phỏng sẽ xuất hiện Cooler và heater 1. Tại Tab Design nhập các thông tin:  Tên của thiết bị.  Tên dòng năng lượng của thiết bị - Energy  Nhập dòng công nghệ vào/ra thiết bị . 2. Tại Tab Parameter cung cấp các thông số của thiết bị như:  Chênh áp qua thiết bị.  Nhập 02 trong 03 thông số sau: công suất duty của thiết bị, nhiệt độ dòng công nghệ vào/ra thiết bị.  Khi nào thì nhập nhiệt độ vào/ra, khi nào thì nhập duty??? Qui trình mô phỏng Cooler và heater 8 3. Tab rating: Thông thông tin về lượng nhiệt bị mất ra môi trường bằng 01 trong 03 cách:  None:Không mất nhiệt  Simple: Tính mất nhiệt theo công thức:  Detail: Nhiệt mất được tính toán chi tiết tùy thuộc sự thay đổi nhiệt độ dòng môi chất.  Tuy nhiên Tab này chỉ nhập khi mô phỏng động. Trong tính toán TK tab này không cần nhập thông tin.  Vào Tab Worksheet để các thông số của dòng cn vào/ra thiết bị hoặc nhập các thông số nhiệt độ của dòng vào/ra, công suất nhiệt của dòng môi chất (Heat flow) Cooler và heater  Cho dòng môi chất có thành phần và lưu lượng, áp suất như ở bài tập 1, giả sử nhiệt trao đổi không bị mất ra môi trường.  Mô phỏng thiết bị gia nhiệt nêu trên để tăng nhiệt độ dòng môi chất từ 30oC lên 50 oC.  Từ file mô phỏng xác định công suất nhiệt của thiết bị. Nếu công suất nhiệt của thiết bị là 2x10^7 Kj/h thì nhiệt độ đầu ra của môi chất là bao nhiêu?  Công suất nhiệt của thiết bị thay đổi như thế nào nếu áp đầu vào của hệ thống là 45 barg, áp đầu ra là 44.5 barg. Case study 2 9  Thiết bị trao đổi nhiệt dạng heat exchanger thực hiện trao đổi nhiệt giữa 02 dòng nóng/lạnh  Việc tính toán quá trình trao đổi nhiệt dựa trên 02 phương trình cơ bản sau:  Việc truy cấp vào mô hình thiết bị trao đổi nhiệt loại này tương tư như các thiết bị vừa học. Heat exchanger 1. Tại Tab design mục kết nối connection nhập các thông tin: Tên thiết bị. Tên dòng Tube Side Inlet/Outlet. Tên dòng Shell Site Inlet/Outlet. Qui trình mô phỏng Heat exchanger 10 2. Tại mục Parameter khai báo cac thông tin sau:  Heat exchanger model:  End Point model: Tính trên cơ sở phương trình:  Với giả thiết hệ số trao đổi nhiệt U không đổi, ẩn nhiệt của các dòng môi chất không đổi, Q là hàm phụ thuộc tuyến tính vào nhiệt độ.  Model này áp dụng khí quá trình trao đổi nhiệt không xảy ra quá trình chuyển pha.  Weighted model: khi có sự chuyển pha của hệ trong thiết bị trao đổi nhiệt Heat exchanger Heat exchanger  Heat lost - mất nhiệt: Chọn 01 trong 03 cách:  None: không mất nhiệt.  Extreme: Mất nhiệt Khi T của dòng nóng lớn hơn T môi trường, hấp thu nhiệt khi T dòng lạnh < T môi trường.  Mất nhiệt phân bố đều trên toàn bộ bề mặt thiết bị  Chênh áp của các dòng lưu chất vào/ra Shell Side và Tube Side hoặc áp suất Inlet và Outlet của Shell Side và Tube Side.  Chọn cấu hình Exchanger Gerometry: Dòng cùng chiều Co – Current, dòng ngược chiều – Counter, số pass…  Chọn UA của thiết bị nếu biết trước. . 1 THIẾT KẾ MÔ PHỎNG THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT  Cung cấp cho học SV cách thức sử dụng hysys để tính toán mô phỏng các loại thiết bị trao đổi nhiệt khác nhau.  Các thông số cần phải cài đặt khi thiết. Kpa. Model của thiết bị trao đổi nhiệt là Weighted model. Chiều dòng chảy ngược chiều nhau, Quá trình trao đổi nhiệt không mất nhiệt ra môi trường. 3. Mô phỏng thiết bị trao đổi nhiệt nêu trên và. phải cài đặt khi thiết kế thiết bị trao đổi nhiệt.  SV phải nắm vững cơ sở lý thuyết của qua trình trao đổi nhiệt và nguyên lý làm việc của tất cả các thiết bị trao đổi nhiệt trong công nghệ. MỤC