HYSYS模拟朗肯循环

title: HYSYS模拟朗肯循环
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  - 化工
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date: 2021-08-27 10:51:42
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什么是朗肯循环

朗肯循环是指以水蒸气作为工质的一种理想循环过程，主要包括等熵压缩、等压加热、等熵膨胀、以及一个等压冷凝过程。用于蒸汽装置动力循环

模拟

热源选择水，物性ASME steam，工质选择异丁烷，物性PR方程

构建热源流股：

构建流程：

工质设置为异丁烷组分1

通常情况下需要在泵入口设置一个饱和液相或者过冷状态，所以设置工质的气相分率为0，温度40℃：

并且饱和压力以及被计算出来了，但是工质的流量并不知道，这个并不需要设置，因为可以通过热源换热器的换热量计算出来需要多少工质，所以流量先空着

对于朗肯循环，不仅要保证泵入口时液相状态，还要保证膨胀机入口时气相状态，所以要保证流股2为饱和或者过热状态，所以设置流股2气相分率为1，温度120℃：

饱和压力也已经计算得出

在整个循环中，最主要的就是设置热源换热器：

设置压降，加权权重：

设置一个约束条件，最小传热温度为5℃：

如果换热器不能收敛，取消Ft因子设置：

在热源换热器设置完毕之后可以看到，整个朗肯循环已经是走通了的，但是冷却水的流量是未知的：

设置流股6的初始温度和压力：

给定冷却器参数和约束条件：

此时可以看到整个循环已经解算完毕，冷却水的量也得到计算结果

总结

在150℃，600kPa，15kg/s的热源下，需要的工质流量为704kmol/h，需要的冷却水为25℃，101.3kPa，80kg/s

泵轴功率为66kW，膨胀机做功531kW

带回热的朗肯循环

单纯用冷却水去冷却太浪费了，那么可以用一个换热器，将压缩机出口的流股用来加热泵出口的流股，达到回收热量，减少冷却水消耗的目的

在上面的基础上构建流程如下：

设置换热器E-102：

对于换热器E102来说，冷源和热源的入口温度都是已知的，那么此时就需要给出一个热源或者冷源的出口温度

设置冷源出口温度，也就是流股1-2的温度，先假定一个温度50℃：

这个时候可以发现，流程其实已经收敛了，结果可用了

但是发现，换热器E102的最小传热温差和理想的还是有点偏差：

可以通过调节器去调节流股1-2的温度，使换热器E102的最小传热温差满足需求

新建调节器，选择变量，设置目标值：

设置自变量范围和误差：

此时再查看E102发现结果已经符合预期：

还有一种方法就是使用循环器模块，前面的流程一致，将流程构建到如下图：

这个时候，E1003换热器是缺少一个入口温度的，那么先假设他的进口温度为70℃，也就是流股1-3的温度为70：

这个时候换热器E1003已经是可用状态了

在朗肯循环中，从膨胀机出口到泵入口是一个等压的状态，那么就需要设置一下换热器E103的压降，规定为0：

泵出口到膨胀机入口的压力是相等的，那么就要给出一个泵的出口压力，也就是流股11的压力，设置为2000kPa：

同时设定换热器E103的约束条件：

这个时候可以看到流程已经收敛走通了：

这个时候可以看到流股11和流股1-3的温度分别是：50.3和70℃

添加一个循环器，通过循环器将11流股的温度传递给流股1-3，自动循环计算，直到整个循环稳定为止

只需要传递一个温度变量即可：

更改灵敏度获得一个更准确地收敛

收敛完成，温度最终稳定在66.6℃，还挺吉利

这就是今天的朗肯循环分享啦，我是乙醇，下次见~