Berechnung von Reinstoff- / Mehrstoff-Gemisch-Kondensatoren
mit / ohne Inertgase
– setzt MS Access voraus –
Bauarten
- Rohrbündelbauweise mit glatten Rohren
- stehend / liegend
- Gleichstrom / Gegenstrom
- rohrseitige / mantelseitige Kondensation
- überhitzter Zustrom / unterkühlter Ablauf
- Reinstoff / Mehrkomponenten-Gemische mit / ohne Inertgase
Graphische Ausgabe der Berechnungsergebnisse
- Temperaturverlauf von Dampf, Kondensat und Kühlmittel
- Kondensatmassenstrom
- Druckverlauf auf der Kondensationsseite
- Änderung des Dampfgehaltes und der Dampfgeschwindigkeit
Beispiel eines Temperaturverlaufes Konstruktion
- Berechnung konstruktionsgerechter Rohrspiegel
- Rohrspiegelbibliothek
- CAD Schnittstelle
Wissenschaftliche Basis
- Lokale Beschreibung der Kondensation durch Zellenmethode.
- Berechnung des Stoff- und Energietransportes nach VDI-Wärmeatlas 10. Auflage Kapitel Jbb für Mehrstoffgemische oder nach der “Resistance Proration“-Methode auf Basis der “Heat-Curve“.
- Einphasige Wärmeübergänge nach VDI-Wärmeatlas
- LV-Stoffwertgenerator PROPER mit Phasengleichgewichtsberechnung (DDB-Flash) nach Prof. Gmehling
incl. PROPER und Phasengleichgewichtsberechnung (DDB-Flash)
Sie sparen 1.380,– EUR oder noch mehr, wenn PROPER bereits vorhanden ist. Fragen Sie nach einem Sonderpreis.
Programmstruktur des Moduls MESK
Das Programm arbeitet nach der Zellen-Methode, d.h. der Apparat wird inkremental so in Zellen diskretisiert, daß die lokale Beschreibung des Kondensationsvorganges hinreichend genau wird. Für jede Zelle werden die Gleichungen iterativ gelöst.
Sie beschreiben die Zusammenhänge zwischen der Kernströmung des Dampfes, den Diffusions- und Gleichgewichtsbedingungen in der Diffusionsgrenzschicht (einschließlich des Wärme- und Stoffüberganges), des Kondensatfilmes und des Wärmeüberganges an das Kühlmittel sowie die Massen- und Energiebilanz.
Teil-Ergebnisse einer Zelle (Bilanzdaten und thermische Daten) von MESK
Dampf |
Film |
Alpha |
T |
Mpkt |
P |
V |
Re |
T |
Mpkt |
Re |
Gas-Film |
Total |
406,5 |
0,374 |
9982,9 |
1,372 |
-1 |
309,2 |
3,677 |
-1 |
0,0030 |
93,08 |
406,5 |
0,411 |
9982,9 |
1,502 |
4589,9 |
313,8 |
7,664 |
0,6 |
0,0043 |
100,27 |
406,5 |
0,451 |
9982,9 |
1,643 |
5034,1 |
315,9 |
0,119 |
1,3 |
0,0061 |
108,47 |
406,5 |
0,494 |
9982,9 |
1,794 |
5513,9 |
317,8 |
0,166 |
2,2 |
0,0083 |
117,46 |
406,5 |
0,540 |
9982,9 |
1,959 |
6032,5 |
319,6 |
0,216 |
3,1 |
0,0109 |
127,34 |
406,5 |
0,591 |
9983,0 |
2,136 |
6593,0 |
321,4 |
0,270 |
4,2 |
0,0141 |
138,19 |
406,5 |
0,645 |
9983,0 |
2,328 |
7199,0 |
323,2 |
0,329 |
5,4 |
0,0178 |
150,12 |
406,5 |
0,704 |
9983,0 |
2,535 |
7854,6 |
325,0 |
0,393 |
6,8 |
0,0200 |
163,33 |
406,5 |
0,768 |
9983,1 |
2,760 |
8564,1 |
326,7 |
0,462 |
8,3 |
0,0266 |
177,97 |
406,6 |
0,836 |
9983,1 |
3,003 |
9332,4 |
328,4 |
0,536 |
10,0 |
0,0318 |
194,27 |
406,6 |
0,911 |
9983,2 |
3,266 |
10164,0 |
330,1 |
0,617 |
11,8 |
0,0352 |
212,21 |
406,6 |
0,992 |
9983,3 |
3,551 |
11062,0 |
331,6 |
0,704 |
13,9 |
0,0356 |
231,72 |
406,6 |
1,079 |
9983,3 |
3,858 |
12032,0 |
333,1 |
0,798 |
16,2 |
0,0360 |
253,08 |
406,6 |
1,173 |
9983,4 |
4,189 |
13078,0 |
334,5 |
0,899 |
18,7 |
0,0363 |
276,55 |
406,6 |
1,274 |
9983,6 |
4,545 |
14205,0 |
335,9 |
1,009 |
21,5 |
0,0367 |
302,39 |
406,6 |
1,383 |
9983,7 |
4,929 |
15417,3 |
337,2 |
1,126 |
24,4 |
0,0370 |
330,89 |
406,6 |
1,501 |
9983,8 |
5,341 |
16720,7 |
338,5 |
1,253 |
27,7 |
0,0373 |
362,40 |
406,6 |
1,627 |
9984,0 |
5,784 |
18121,1 |
339,7 |
1,389 |
31,3 |
0,0375 |
397,31 |
Das Programm MESK dient zur thermischen und hydraulischen Auslegung und / oder Simulation von Rohrbündelkondensatoren mit glatten Rohren.
Das kondensierende Medium kann entweder ein Reinstoff oder ein Mehrkomponentengemisch mit oder ohne Inertgas-Anteil sein. Neben dem Kondensationsvorgang (Basis: VDI-Wärmeatlas10. Auflage Kapitel Jbb) berücksichtigt das Programm auch die Enthitzung des Dampfes bis zur Taupunktstemperatur sowie eine eventuelle Unterkühlung des Kondensates. Bei Verwendung der „Resistance Proration“-Methode auf der Basis einer Heat-Curve ist die Berechnung auf die Kondensation beschränkt, die Enthitzung des Dampfes bzw. die Unterkühlung des Kondensates wird nicht berücksichtigt.
Die Kondensation kann sowohl in den Rohren als auch im Mantelraum erfolgen. Bei der Auslegung wird zwischen liegenden und stehenden Apparaten unterschieden, wobei bei stehenden Kondensatoren der Dampf und das ablaufende Kondensat im Gleichstrom oder im Gegenstrom geführt werden kann.
Konstruktionsgerechter Rohrspiegel
Das Programm enthält das von LV entwickelte Modul SPIE, das durch Vorgabe weniger Randbedingungen selbständig einen konstruktionsgerechten Rohrspiegel für die Berechnung generiert. Dieser Rohrspiegel kann in einer Rohrspiegelbibliothek abgespeichert und als DXF Datei an verschiedene CAD-Programme weitergegeben werden.
Kondensation
Kondensation findet statt, wenn die Temperatur der kühlenden Wand kleiner als die Taupunktstemperatur des Dampfes ist. Bei einem reinen Stoff ist hierbei die Kondensation wärmeübergangskontrolliert, d.h. der Dampfstrom vom Kern der Strömung zur Phasengrenze wird lediglich durch den Wärmewiderstand im Kondensatfilm bestimmt. Dabei ergibt sich die treibende Kraft für den Kondensationsprozess aus der Differenz zwischen der Taupunktstemperatur des Dampfes und der Wandtemperatur. Bei Gemischen stellt sich der Sachverhalt wesentlich komplexer dar. Bei Unterschreiten der Taupunktstemperatur kondensiert in einem Gemisch bevorzugt die schwerer flüchtigen Komponenten an der Kühlfläche aus. Daher hat der Dampf an der Phasengrenzfläche eine andere Zusammensetzung als im Kern der Strömung.
Es kommt zu einer Anreicherung der leichter flüchtigen Komponenten an der Phasengrenzfläche. Diese Anreicherung stellt einen zusätzlichen Stofftransportwiderstand für die zur Phasengrenzfläche diffundierenden Stoffströme dar (Diffusionsgrenzschicht) und erniedrigt die Temperatur an der Phasengrenzfläche. Die Phasengrenztemperatur bestimmt auch hier den Wärmetransport durch den Kondensatfilm und somit den ganzen Kondensationsprozess.
Einen großen Einfluß auf die Kondensationsgeschwindigkeit und somit auf die Kondensationsleistung haben Inertgase, da sie permanent während des Kondensationsprozesses den Stoffstrom der kondensierenden Dämpfe behindern und die Kondensationsleistung verringern (diffusionskontrolliert).
Bei der Berechnung der Kondensation von Dampf-gemischen müssen deshalb die zusätzlichen Widerstände für den Stoff- und Energietransport berücksichtigt werden.
Das Programm greift hierfür auf die Ansätze im Kapitel Jbb des VDI-Wärmeatlas 10. Auflage zurück, das diese Diffusionsprozesse und die lokalen Gleichgewichtsbedingungen zu einem mathematischen Verfahren zusammenfaßt und einer iterativen Lösung zugänglich macht.
Zusätzlich zu der im Kapitel beschriebenen Methode enthält das Programm MESK noch einen weiteren Lösungsansatz nach der „Resistance Proration“ – Methode. Diese Methode geht davon aus, dass das Dampf-Temperatur-Profil durch die Gleichgewichtsbedingung näherungsweise dargestellt werden kann. Grundlage ist die “Heat-Curve“, mit deren Hilfe und unter Verwendung von empirischen Korrekturen der Kondensationsprozess beschrieben werden kann.
Die Berechnung des Kondensators kann nur innerhalb des in der Heat-Curve angegebenen Temperaturbereiches erfolgen, der durch die Tau- und Siedetemperatur des Dampfgemisches begrenzt ist. Eine Enthitzung des Dampfes auf Tautemperatur oder eine Unterkühlung des Kondensates wird nicht berücksichtigt.
Die „Heat-Curve“ kann entweder vom Anwender eingegeben oder mit dem Stoffwertgenerator PROPER berechnet werden.
Einphasiger Wärmeübergang
Der einphasige Wärmeübergang bei der Enthitzung des Dampfes und Unterkühlung des Kondensats sowie für das Kühlmittel wird nach den Ansätzen des VDI-Wärmeatlas berechnet.
LV-Stoffwert-Generator PROPER mit DDB-Phasengleichgewichtsberechnung
Die von der Temperatur, dem Druck und der Zusammensetzung abhängigen Stoffwerte des Dampfes und des Kondensates werden während der Berechnung durch den in das Programm integrierten Stoffwertegenerator PROPER ständig neu berechnet und nachgeführt. Für die Berechnung des Phasengleichgewichtes greift PROPER auf das Phasengleichgewichtsprogramm der Dortmunder Datenbank / Prof. Gmehling (DDB) zurück.
Vergleichsrechnungen zum Mehrstoff-Gemisch-Kondensator:
siehe auch:
Dieser Beitrag ist auch verfügbar auf:
English (Englisch)