利用Aspen Plus 如何仿真一定体积浓硫酸稀释后换热器循环冷却后储罐内温度变化

lyxsax · 发表于 2020-9-5 16:14:50

本帖最后由 lyxsax 于 2020-9-6 09:59 编辑

浓硫酸和水以一定体积比(浓硫酸：水=1：20)，进入储罐，混合流体进入储罐的总容量为40L。然后用换热器对储罐内的液体进行循环降温。
换热器参数：换热面积2.5m2，逆流，总传热系数：1000 W/m2·℃。冷却水：进口压力1bar，流量10L/min，入口温度17摄氏度。希望通过Aspen Plus能够得到储罐内温度的变化曲线。

小弟不才，自己建立了个模型，但是错误很多。希望各位前辈能够答疑解惑。
问题1：储罐只是进特定体积的物料，之后不再有物料流入。不是连续操作，是否需要使用间歇反应器？
问题2：计算结果提示物料和能量不守恒，请问该如何设置？

banknation · 发表于 2020-9-5 16:14:50

本帖最后由 banknation 于 2021-12-11 07:47 编辑

利用《稳态模拟》获取动态分析结果（稀硫酸变温冷却）

题目：浓硫酸和水以一定体积比（浓硫酸：水=1：20），进入储罐，混合流体进入储罐的总容量为40L。然后用换热器对储罐内的液体进行循环降温。

换热器参数：换热面积 2.5 m2，逆流，总传热系数：1000W/m2·℃。冷却水：进口压力1 atm，流量10 L/min，入口温度17 ℃。用AspenPlus模拟储罐内温度变化曲线。

《储罐温度动态分析》结果 点击图片，查看高清原图（可用滚轮放大）

说明：稀释后的热硫酸间歇进料完成后，开启循环冷却，储罐内流体温度开始不断地下降，导致进入换热器的温度随时间变化，无法恒定。所以，冷却过程是动态过程。

奔向胡萝卜的驴 · 发表于 2020-9-5 16:14:50

在马后炮我又看到了楼主，本想不回的。看楼主的需求是要塔釜温度的变化曲线，既然是变化的那肯定不是稳态连续流，所以我同意三楼和四楼的观点，动态模拟。整个操作可以理解为两步：1、硫酸混合升温，2、停止进料后外循环冷却降温。
这里，我取巧了一下，混合升温这步就没做，默认了温升后组成温度是50℃，流量什么的也没用楼主的数据。只模拟了外循环冷却降温的部分（再次请教下，那么小的流量在2.5㎡的换热器中，达到了1000 W/m2·℃的总传热系数，这是如何做到的，想学习一下，以前从来没接触过如此高效的换热器，是不是实验室定制设备？）

zxk1355114 · 发表于 2020-9-5 16:14:50

banknation 发表于 2020-9-7 14:46
盘管或夹套换热过程是变温冷却（或加热）过程，温度随时在变！
你怎么联立热平衡方程与传热速率方程？你 ...

照这种思维那就没法算了，ASPEN也求解不了流体流态分析，ASPEN物性分析确实比手算精确，但是只要手算的误差达到了我们的要求，有点误差又怎么样呢？再退一步说，你能用ASPEN把这个间歇过程模拟出来？软件是个好东西，但是软件不是万能的，15分钟做个物性分析都不够

zxk1355114 · 发表于 2020-9-5 16:14:50

这个手算就可以了，没必要模拟，也没法模拟

ljjt · 发表于 2020-9-5 16:14:50

动态过程模拟。

542925680 · 发表于 2020-9-5 16:14:50

动态模拟。不过动态也不好建模，需要好好学习。。

banknation · 发表于 2020-9-5 16:14:50

本帖最后由 banknation 于 2020-9-7 08:29 编辑

你的流程设计有问题：这相当于只有进料，没有出料，当然物料、能量都不平衡了！

正确方式：出料用时间来控制，在没有出料之前，内部使用换热器移出热量，当温度达到指标之后停止换热，排出物料

是不是应采用以下流程，红色部分是罐内循环换热物流

不一定对，你再研究一下。

banknation · 发表于 2020-9-5 16:14:50

本帖最后由 banknation 于 2020-9-7 10:07 编辑

zxk1355114 发表于 2020-9-6 20:53
这个手算就可以了，没必要模拟，也没法模拟

用手工计算几乎没有可能

首先，不可能等到罐内加满物料之后，再进行换热（工厂储罐体积大，不可能像小试验装置那样，干完一步再做下一步），就是说：罐内停留物料的量会随着时间变化；
另外，换热器出口变冷以后的物流要返回到储罐内，与罐内滞留的热物料混合，混合以后的温度才是换热器的进口温度，也就是说换热器的进口温度也是时间的函数！
这种问题求解：只能用偏微分方程了（奈维斯托克斯方程），先不说偏微分方程建立的困难，请问边界条件怎么设置呢？就算所有问题都能解决，偏微方程的解经过拉普拉斯变换（或傅立叶变换）后，也是非常复杂的数学公式，只能编程计算（还好，卡西欧函数计算器有此功能）得到温度分布结果！但是浓硫酸与水的比例发生变化，只有重新来过；冷却循环量变化，也要重新来过！做完最佳化处理之后，工程师就住进精神病医院了。
所以，我们最好用模拟软件，把自己从繁重的计算工作中解放出来。
千万不要小看化工过程，目前人类遇到的问题，还没有比她更复杂的。

zxk1355114 · 发表于 2020-9-5 16:14:50

banknation 发表于 2020-9-7 09:33
用手工计算几乎没有可能

首先，不可能等到罐内加满物料之后，再进行换热（工厂储罐体积大，不可能像小 ...

他这个描述明显是间歇批次进料

zxk1355114 · 发表于 2020-9-5 16:14:50

banknation 发表于 2020-9-7 09:33
用手工计算几乎没有可能

首先，不可能等到罐内加满物料之后，再进行换热（工厂储罐体积大，不可能像小 ...

你想的太复杂了，工程问题就是要简单化，你看看它提供的已知条件：冷却对象：5%硫酸40L，换热面积2.5m2,总传热系数：1000W/m2·℃,冷却水流量10L/min，进口温度17℃。按此条件进行建模，理想情况是稀硫酸存储于某静止容器中，通过夹套或换热盘管进行换热，硫酸批次加入，不存在同时进出，按上述条件，只需热平衡方程与传热速率方程联立求解即可求出冷却时间t与罐内介质温度T的关系
- 本文出自马后炮化工论坛，原文地址：https://meng.horse/thread-222246-1-1.html

llzhao · 发表于 2020-9-5 16:14:50

各抒己见，百花齐放

banknation · 发表于 2020-9-5 16:14:50

本帖最后由 banknation 于 2020-9-7 16:40 编辑

zxk1355114 发表于 2020-9-7 14:02
你想的太复杂了，工程问题就是要简单化，你看看它提供的已知条件：冷却对象：5%硫酸40L，换热面积2.5m2, ...

盘管或夹套换热过程是变温冷却（或加热）过程，温度随时在变！
你怎么联立热平衡方程与传热速率方程？你联立一下，让我们学习学习。

连续过程：换热器进、出口温度都是恒定的，很容易联立方程求解。
间歇过程：远比连续过程复杂的多！罐内不同位置的温度都不相同，并随着时间变化。

   确实无法手工计算。如果一定要手算（不能使用计算机、软件，可以使用计算器），给你两硕士生，外加一导师，三天的时间也许差不多（别忘了其中还有电解质问题。只是把数据都找齐了，也得一天时间），但计算精度可就没有准儿了；
       一个熟练使用Aspen Plus的普通工程师，也就是15分钟的事儿，模拟结果与实际几乎没有区别，这就是软件的价值。

saintcaptain · 发表于 2020-9-5 16:14:50

学习一下

dhl4389566 · 发表于 2020-9-5 16:14:50

谢谢分享，非常感谢楼主，感谢大家的分享

15820374944 · 发表于 2020-9-5 16:14:50

奔向胡萝卜的驴发表于 2020-9-17 09:41
在马后炮我又看到了楼主，本想不回的。看楼主的需求是要塔釜温度的变化曲线，既然是变化的那肯定不是稳态连 ...

小白一枚，请问一下动态模拟的流程是怎样的？而且我没有看到储罐这个模块。

banknation · 发表于 2020-9-5 16:14:50

其实，这道题在最初讨论时就做出来了，只是还有个小错儿，昨天想起来修改一下发表出来。

bfh · 发表于 2020-9-5 16:14:50

banknation 发表于 2021-12-11 07:46
利用《稳态模拟》获取动态分析结果（稀硫酸变温冷却）

题目：浓硫酸和水以一定体积比（浓硫酸：水=1 ...

你好这个模拟的源文件能发出来学习一下吗？

波波 · 发表于 2020-9-5 16:14:50

bfh 发表于 2023-9-20 08:11
你好这个模拟的源文件能发出来学习一下吗？

想法很好

朵莉亚 · 发表于 2024-6-18 09:00:14

banknation 发表于 1970-1-1 08:00
你的流程设计有问题：这相当于只有进料，没有出料，当然物料、能量都不平衡了！

正确方式：出料用时间来 ...

这个tank是什么模块啊？

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