Aspen-Plus-的应用基础(全套课件)

1、Simulation Design fundamental of Aspen PlusAspen Plus 的应用基础精馏塔的地位 美国约有 40,000 精馏装置； 精馏能耗占美国化工和炼油行业 40-60% ； 精馏能耗占美国制造业能耗19% ； 占美国整体能源消耗的6% 。Prof. William L. Luyben and his wifeLehigh University1, 2-Prefractionator; 3-Rectifying;4,5-Sidestream; 6-Stripping图1 分壁精馏塔结构示意图ABCABCypTop,C第一讲 入门基础Aspen Plus简

2、介Aspen Plus 基本概念使用Aspen Plus的基本步骤简介Advanced System for Process Engineering19761981年由MIT主持、能源部资助、55个高校和公司参与开发。基于序贯模块法的稳态过程模拟软件。1773种有机物、2450种无机物、3314种固体物、900种水溶电解质的基本物性参数。丰富的状态方程和活度系数方法。基本概念用户界面（User Interface)。流程图（Flowsheet）。模型库（Model Library）。数据浏览器（Data Browser）。流股（Stream）。模块（Block）。基本步骤 (1)启动User

3、Interface选用Template（模板）选用单元操作模块：Model Blocks连结流股：Streams 设定全局特性：Setup Global Specifications启动User Interface选用 Template Simulations：根据过程类型和拟用的单位制选用，最常用的是 General with Metric UnitsRun Type 过程仿真用 Flowsheet选用Template已有文件空白模拟模拟选项公制单位公制单位说明炼厂模式运行类型流股连接点：选好流股类别后，将光标 移到绘图区，单元模块上的流股连接点处出现箭头标识，红色标识表示必需连接的流股，蓝

4、色标识表示根据需要选择连接的流股。 连接流股 Connecting Streams选流股类别：共有三种流股 物流 Material Streams 热流 Heat Streams 功流 Work Streams 选择所需的类别。 选用单元操作模块 Model Blocks选图标：每一种单元操作模块可以用不同的图标表示。可根据流程图的需要和自己的喜好选择表示模块的图标。绘制模块：选好图标后，在绘图区中的选定位置点击鼠标左键，即在流程图中绘出模块。可根据需要用鼠标拖放以调节图标的位置和大小，并重新设定模块名称。选用单元操作模块连结流股（1）选用单元操作模块（2）连结流股 设定全局特性 标题 Tit

5、le度量单位 Units of Measurement输入数据 Input data输出结果 Output results全局设定 Global Settings流量基准 Flow basis大气压力 Ambient pressure有效物态 Valid phases游离水计算 Use free water calculation双击模块弹出设置窗口全局特性设置弹出设置窗口新建单位流股流量选项组分选项性质模块流程图基本步骤 (2)输入化学组分信息 Components选用物性计算方法和模型 Property Methods & Models 输入外部流股信息 External Steams 输

6、入单元模块参数 Block Specifications 输入化学组分信息 每个组分必须有唯一的ID组分可用英文名称或分子式输入利用弹出对话框区别同分异构体分子式命名类型组分名称用户自定义查看组分性质有异构体时要加后缀，例如 C2H6O-2寻找需要的组分电解质 选用物性计算方法和模型 过程类型 Process type基础方法 Base method亨利组分 Henry components选用物性计算方法和模型原油组分计算选项物性选择帮助程序选用物性计算方法帮助程序基于组成基于流程ASPEN PLUS不同领域推荐采用的物性数据库ASPEN PLUS不同领域推荐采用的物性数据库ASPEN PL

7、US不同领域推荐采用的物性数据库ASPEN PLUS不同领域推荐采用的物性数据库ASPEN PLUS不同领域推荐采用的物性数据库ASPEN PLUS不同领域推荐采用的物性数据库ASPEN PLUS的物性分析工具物性常数估算方法：可用于分子结构或其他易测量的物性常数（如正常沸点）估算其他物性计算模型的常数。数据回归系统：用于实验数据的分析和拟合。物性分析系统：可以生成表格和曲线，如蒸汽压曲线、相际线、t-p-x-y图等。原油分析数据处理系统：用精馏曲线、相对密度和其他物性曲线特征化原油物系。电解质专家系统：对复杂的电解质体系可以自动生成离子或相应的反应。 输入外部流股信息 每一股外部流股都必须输

8、入信息状态变量：温度、压力、流量组成： 表达基准、数值输入外部流股信息温度压力流量注意单位选择注意单位选择选择计算类型Equilibrium 平衡级速率模型 Rate-based 非平衡级速率模型 基本步骤 (3)运行模拟过程 Run Project查看结果 View of Results输出报告文件 Export Report保存模拟项目 Save Project退出 Exit运行模拟过程右击鼠标查看模块运行结果双击物流查看结果流程图中黏贴表单显示出流程流股参数显示出PFD参数更多选项OLE 操作步骤 (对象连接与嵌入)复制黏贴链接符号状态表输入未完成表输入完成表中没有输入。是可选项。对于该

9、表有计算结果。对于该表有计算结果，但有计算错误。对于该表有计算结果，但有计算警告。对于该表有计算结果，但自从生成结果后输入已经改变。输出报告Bkp文件与Apw文件的区别Bkp文件可以适用于升级后的软件版本，Apw文件不能在升级后的软件中打开。Bkp文件不保存中间收敛信息， Apw文件保存中间收敛信息。保存模拟项目 Save ProjectEnd化工CAD基础 第二讲Simulation Design for Fluid Transportation 流体输送单元 的仿真设计流体输送模型的分类泵Pump压缩机Compr多级压缩机MCompr阀门Valve管道Pipe管线Pipeline在ASPE

10、N Plus中流体输送单元归属压力改变器 (Pressure Changers)类别，共六种模型：流体输送模型的分类（2）Pump 泵模型1、泵（Pump)2、水轮机（Hydraulic Turbine)Pump 模型用于模拟泵和水轮机两种单元设备Pump 泵模型 （2）Pump 连接Pump 模型的连接图如下：Pump 模型参数 Pump 模型有五种工作方式：指定模型参数 计算结果参数排出压力所需（产）功率压力增量所需（产）功率压力比率所需（产）功率所需（产）功率排出压力特性曲线所需（产）功率Pump 模型参数（2） 最简单的用法是指定出口压力(Discharge pressure)，并给定

11、泵的水力学效率(Pump Efficiency)和驱动机效率(Driver Efficiency)，计算得到出口流体状态和所需的轴功率和驱动机电功率。Pump 模型参数（3）Pump 特性曲线 标准的设计方法是使用泵特性曲线(Performance curve)。特性曲线有三种输入方式：列表数据Tabular Data多项式Polynomials用户子程序User Subroutines列表数据是最常用的输入方式。Pump 特性曲线（2）Pump 特性曲线（3）首先选择特性曲线的单位：Pump 特性曲线（4）然后选择特性曲线的数目，有三个选项：1、操作转速下的单根曲线 Single cueve

12、 at operating speed；2、参考转速下的单根曲线 Single curve at reference speed；3、不同转速下的多条曲线 Mutiple curves at different speeds .Pump 特性曲线（5）Pump 特性曲线（6）在Curve Data表单中输入具体数据：1、特性曲线变量的单位 Units of curve variables；2、每根曲线特性数据表 如 Head vs. flow tables；3、每根曲线的对应转速 Curve speeds；Pump 特性曲线（7）Pump 特性曲线（8）在Efficiencies表单输入效率数

13、据：Pump 特性曲线（9） 当泵的操作转速与特性曲线的转速不同时，还要输入操作转速数据：Pump QNPSHR 表 设计泵的安装位置时，应核算“必需汽蚀余量” NPSHR Net Positive Suction Head Required其中：Hs 为允许吸上真空度Pump QNPSHR 表（2）在NPSHR表单中输入NPSHR数据Pump NPSHA根据安装和流动情况可以算出泵进口处的“有效汽蚀余量” NPSHA Net Positive Suction Head Available在实际使用条件下，选择的泵应该满足Pump 结果查看从数据浏览器的Pump对象下选择Results查看结果

14、Pump 示例 1 一水泵将压强为 1.5 bar 的水加压到 6 bar，水的温度为 25 C，流量为 100 m3/h。泵的效率为 0.68，驱动电机的效率为 0.95。求：泵提供给流体的功率、泵所需要的轴功率、以及电机消耗的电功率各是多少？Pump 示例 2 一离心泵输送流量为 100 m3/hr 的水，水的压强为 1.5 bar，温度为 25 C。泵的特性曲线如下：流量（m3/hr） 70.0 90.0 109.0 120.0扬程（m） 59.0 54.2 47.8 43.0效率（%） 64.5 69.0 69.0 66.0求： 泵的出口压力、提供给流体的功率、泵所需要的轴 功率各是多

15、少？Compr 压缩机模型多变离心压缩机（Polytropic Centrifugal Compressor)多变正排量压缩机（Polytropic Positive Displacement Compressor)等熵压缩机（Isentropic Compressor)等熵汽轮机（Isentropic Turbine)Compr 模型用于模拟四种单元设备Compr 压缩机模型（2）Compr连接Compr 模型的连接图如下：Compr 计算模型Compr 模块提供八种计算模型：标准等熵模型 IsentropicASME等熵模型 Isentropic using ASME methodGPSA

16、等熵模型 Isentropic using GPSA methodASME多变模型 Polytropic using ASME methodGPSA多变模型 Polytropic using GPSA method分片积分多变模型 Polytropic using piecewise integration正排量模型 Positive displacement分片积分正排量模型 Positive displacement using piecewise integrationCompr计算模型（2）Compr 模型参数 Compr 模型有五种工作方式：指定模型参数 计算结果参数排出压力所需（产

17、）功率压力增量所需（产）功率压力比率所需（产）功率制动马力排出压力特性曲线所需（产）功率Compr模型参数(2)1、等熵效率Isentropic Efficiency 对于压缩机 对于汽轮机Compr 效率 （1） Compr 模型有三种效率：Compr 效率（2）2、多变效率Polytropic Efficiency3、机械效率Mechanical Efficiency 压缩机 汽轮机Compr 效率（3）Compr 效率（4）Compr 特性曲线压缩机也用特性曲线表征其工作性能。特性曲线有四种输入方式：列表数据Tabular Data多项式Polynomials扩展多项式Extended

18、Polynomials用户子程序User Subroutines列表数据是常用的输入方式。Compr特性曲线（2）Compr 结果查看从数据浏览器的Compr对象下选择Results查看结果Compr 示例 1一压缩机将压强为 1.1 bar 的空气加压到 3.3 bar，空气的温度为 25 C，流量为 1000 m3/h。压缩机的多变效率为 0.71，驱动机构的机械效率为 0.97。求：压缩机所需要的轴功率、驱动机的功率以及空气的出口温度和体积流量各是多少？Compr 示例 2一汽轮机用压强为 35 bar、温度为 435 C的过热水蒸汽为工作介质，汽轮机的背压为 10 bar，蒸汽的流量为

19、 10000 kg/h。汽轮机的等熵效率为 0.8，驱动机构的机械效率为 0.98。求：汽轮机所提供的机械功率以及蒸汽的出口温度和体积流量各是多少？MCompr 多级压缩机模型多级多变压缩机 （Multi-stage Polytropic Compressor)多级多变正排量压缩机 （Multi-stage Polytropic Positive Displacement Compressor)多级等熵压缩机（Multi-stage Isentropic Compressor)多级等熵涡轮机（Multi-stage Isentropic Turbine)MCompr 模型用于模拟四种单元设备M

20、Compr 多级压缩机模型（2）MCompr 连接 (1)MCompr 模型的外部连接图如下：MCompr连接 (2)MCompr 模型的内部连接图如下：MCompr 模型参数 MCompr 的模型参数有级数 (Number of stages) 指定压缩机的级数。压缩机模型 (Compressor model) 有六种计算模型供选用。设定方式 (Specification type) 指定压缩机的工作方式。MCompr模型参数（2）设定方式与Compr模块有所不同：指定末级排出压力 (Fix discharge pressure from last stage )指定每级排出条件 (Fix

21、discharge conditions from each stage)用特性曲线确定排出条件 (Use performance curves to determine discharge conditions)MCompr模型参数（3）MCompr 特性曲线(1) 多级压缩机特性曲线有三种输入方式：列表数据Tabular Data多项式Polynomials用户子程序User SubroutinesMCompr 特性曲线(2)可以提供多张特性曲线表(Maps)，每张表又可以有多条特性曲线。多级压缩机的每一级可以有多个叶轮(wheels)，可以为每个叶轮选用不同的特性曲线表、叶轮直径和比例因

22、子(scaling factors)Valve 阀门模型阀门模型用来调节流体流经管路时的压降。Valve 连接Valve 计算类型阀门模型有三种应用方式（计算类型）绝热闪蒸到指定出口压力 Adiabatic flash for specified outlet pressure2. 对指定出口压力计算阀门流量系数 Calculate valve flow coefficient for specified outlet pressure3. 对指定阀门计算出口压力(核算方式) Calculate outlet pressure for specified valveValve计算类型（2）Va

23、lve 阀门参数阀门类型 (Valve type)：截止阀 (Global)、 球阀 (Ball)、蝶阀(Butterfly)厂家(Manufacturer)：Neles-Jamesbury系列/规格 (Series/Style): 线性流量 (linear flow)、等百分比流量 (equal percent flow)尺寸 (Size)：公称直径运用核算方式时，需输入以下参数：Valve阀门参数（2）Valve阀门参数（3）以及阀门开度(Opening)：Valve 计算选项检查阻塞流动 Check for choked flow计算空泡系数 Calculate cavitation i

24、ndex设置最小出口压力等于阻塞压力 Minimum outlet pressure: Set equal to choked outlet pressure计算阀门小开度状态时计算选项的设置很重要Valve计算选项（2）Valve 结果查看从数据浏览器的Valve对象下选择Results查看结果Valve 示例 1 水的温度为 30 C，压强为 6 bar，流量为 150 m3/h ，流经一公称通径为 8 英寸的截止阀。阀门的规格为V500系列的线性流量阀，阀门的开度为 20%。求：阀门出口的水压强是多少？Pipe 管段模型管段模型计算等直径、等坡度的一段管道的压降和传热量。Pipe 管段模

25、型（2）管道参数表单： Pipe parameters长度 Length直径 Diameter 内径/管道规格表提升 Elevation 高度/上升角粗糙度 RoughnessPipe 管段参数Pipe 管段参数 （2）热参数设定表单 Thermal specification 恒温 Constant temperature 线性温度剖型 Linear temperature profile 绝热（零热负荷） Adiabatic (zero duty) 热衡算 Perform energy balancePipe 热参数设定Pipe 热参数设定（2）管件参数表单 Fittings 连接方式：

26、Connection type 法兰连接/焊接 Flanged/Welded，螺纹连接 Screwed 管件数量： Number of fittings 闸阀 Gate valves，蝶阀 Butterfly valves 90度肘管 Large 90 degree elbows， 直行三通 Straight tees，旁路三通 Branched tees 其余当量长度： Miscellaneous L/DPipe 管件参数Pipe 结果查看从数据浏览器的Pipe对象下选择Results查看结果Pipe 结果查看（2）计算结果还包括流体状态沿管长的分布剖形(Profiles)Pipe 示例 1

27、 流量为 5000 kg/h，压强为 7 bar的饱和水蒸汽流经 1084 的管道。管道长 20 m，出口比进口高 5 m，粗糙度为 0.05 mm。管道采用法兰连接，安装有闸阀 1 个，90 肘管 2 个。环境温度为 20 C，传热系数为 20 W/m2K。求：出口处蒸汽的压强、温度和含水率，以及管道的热损失各是多少？Pipeline 管线模型管线模型计算由多段管道串联组成的一条管线的压降。Pipeline管线模型（2）在结构表单(Configuration)中输入以下参数 计算方向 Calculation direction 管段几何 Segment geometry 热选项 Therma

28、l options 物性计算 Property calculations 流动基准 Pipeline flow basisPipeline 管线参数1Pipeline管线参数1（2）连接状态表单： Connectivity 在弹出的管段数据(Segment data)对话框中逐段输入每一管段的长度、角度、直径、粗糙度，或者节点坐标(Node coordinates)、直径、粗糙度。Pipeline管线参数2Pipeline管线参数2（2）Pipeline管线参数2（3）完成后的表单如下：Pipeline 结果查看从数据浏览器的Pipeline对象下选择Results查看结果Pipeline 结

29、果查看 (2)Pipeline的Profiles给出了每个节点处的结果Pipeline 示例 1 流量为 100 m3/h，温度为 50 C，压强为 5 bar的水流经 1084 的管线。管线首先向东延伸 5 m，再向北 5 m，再向东 10 m，再向南 5 m，然后升高 10 m，再向东 5 m。管内壁粗糙度为 0.05 mm。 求：管线出口处的压强是多少？Design Specification 设计规定从以上示例我们了解到：ASPEN Plus是根据我们输入的过程参数(如进料流股和模型参数)计算结果数据(如非进料流股和设备状态数据)。进行过程设计时，常常希望确定某个过程参数的特定值从而使

30、某个结果数据达到给定值。对于这类应用需求， ASPEN Plus提供了设计规定(Design Spec)工具。设计规定从数据浏览器的左侧目录栏中进入。Design Specification 设计规定（2）设计规定是流程选项(Flowsheeting Options)下属的对象Design Specification 设计规定（3）创建设计规定对象时，按以下步骤操作：1、从数据浏览器右侧的对象管理器(Object Manager)中点击新建(New)按钮；2、在弹出对话框中为新对象指定一个辨识号(ID)；3、在定义(Define)表单中点击新建(New) 按钮，创建设计规定对象所需的变量；4、

31、在弹出对话框中输入新变量的变量名(Variable name)；5、在变量定义(Variable Definition)对话框中的下拉式选择框中选择变量的类别(Category)、类型(Type)、流股(Stream)或模块(Block)代号，并指定具体变量(Variable)。Design Specification 设计规定（4）步骤1和步骤2：Design Specification 设计规定（5）步骤3和步骤4：Design Specification 设计规定（6）步骤5：Design Specification 设计规定（7）步骤6：在规定(Spec)表单中输入规定表达式(Spec

32、)、目标值(Target)和计算容差(Tolerance)。Design Specification 设计规定（8）步骤7：在变化(Vary)表单中输入调节变量(Manupulated variable)的类型、名称和具体变量(variable),并指定体调节上、下限(Upper/Lower limits)。Design Specification 设计规定（9）规定变量的实现情况可以从Design Spec对象的Results表单中查看Design Specification 设计规定（10）调节变量的迭代过程则从相应的收敛对象(Convergence)的Spec Histroy表单中查看P

33、ipeline 示例 2 温度为 50 C，压强为 5 bar的水流经 1084 的管线。管线首先向东延伸 5 m，再向北 5 m，再向东 10 m，再向南 5 m，然后升高 10 m，再向东 5 m。管内壁粗糙度为 0.05 mm。如果管线出口处的压强为 3 bar，流过管线的水流量是多少？化工CAD基础 第三讲Simulation Design of Thermal Processes 热过程单元的仿真设计传热单元模型的分类加热器 Heater换热器 HeatX多物流换热器 MHeatX热通量换热器 HXFlux传热单元归属换热器类(Heat Exchangers)，共7种模型，Aspen

34、Plus内部用的有4种，其余3种是与其它软件的接口模块：传热单元模型的分类 (2)Heater 加热器模型Heater 模型用于模拟以下单元， 改变单股物流的温度、压力和相态：加热器冷却器阀门（仅改变压力，不涉及阻力）泵（仅改变压力，不涉及功率）压缩机（仅改变压力，不涉及功率）Heater 加热器模型（2）Heater 连接Heater 模型的连接图如下：1、闪蒸规定 ( Flash specifications) （1）温度 Temperature （2） 压力 Pressure （3）温度改变 Temperature change （4）蒸汽分率 Vapor fraction （5）过热度

35、 Degrees of superheating （6）过冷度 Degrees of subcooling （7）热负荷 Heat dutyHeater 模型参数Heater模型有两组模型设定参数：从中任选两项Heater 模型参数（2）2、有效相态 ( Valid Phase )（1）蒸汽（2）液体（3） 固体（4）汽液（5） 汽液液（6）液游离水（7） 汽液游离水Heater 模型参数（3）Heater模型有两组模型设定参数：Heater 模型参数（4） 温度20、压力0.41 MPa、流量4000 kg/hr 的软水在锅炉中加热成为0.39 MPa的饱和水蒸气进入生蒸汽总管。求所需的锅炉

36、供热量。Heater 应用示例 (1) 流量为1000 kg/hr （0.4 MPa ）的饱和水蒸汽用蒸汽过热器加热到过热度 100 （0.39 MPa），求过热蒸汽温度和所需供热量。 Heater 应用示例 (2) 流量为 1000 kg/hr、压力为 0.11 MPa、 含乙醇70 %w、 水30 %w的饱和蒸汽在蒸汽冷凝器中部分冷凝，冷凝物流的汽/液比（摩尔）=1/3。求冷凝器热负荷。 Heater 应用示例 (3) 求压力为 0.2 MPa，含甲醇30%w、乙醇20%w、正丙醇20%w、水30%w 的混合物的泡点和露点。 Heater 应用示例 (5)HeatX 换热器模型逆流/并流（

37、Countercurrent / Cocurrent)折流板壳程（Segmental Baffle Shell)棍式挡板壳程（Rod Baffle Shell)裸管/低翅片管（Bare/Low-finned Tubes)HeatX 模型用于模拟下述结构的管壳式换热器：计算两股物流之间的热量交换。HeatX 换热器模型（2）HeatX 连接HeatX 模型的连接图如下：计算类型 Calculation流动方式 Flow arrangement换热器设定 Exchanger specificationHeatX模型设定HeatX 的设定从规定(Specification) 表单着手，有三组设定参数

38、：HeatX模型设定（2）计算栏目中有三个选项： 1、简捷计算 Short-cut 2、详细计算 Detailed 3、Hetran 精确计算 Hetran Rigorous 输出Hetran软件(换热器设计专用软件)的输入文件供其精确计算。下部的下拉式选择框中也有三个选项： 1、设计 Design 2、核算 Rating 3、模拟 Simulation两组选项按下述方式配合使用：HeatX计算类型HeatX计算类型（2）1、简捷计算 简捷计算只能与设计或模拟选项配合。简捷计算不考虑换热器的几何结构对传热和压降的影响，人为给定传热系数和压降的数值。 使用设计选项时，需设定热(冷)物流的出口状态

39、或换热负荷，模块计算达到指定换热要求所需的换热面积。 使用模拟选项时，需设定换热面积，模块计算两股物流的出口状态。HeatX计算类型2、详细计算 详细计算只能与核算或模拟选项配合。详细计算可根据给定的换热器几何结构和流动情况计算实际的换热面积、传热系数、对数平均温度校正因子和压降。 使用核算选项时，模块根据设定的换热要求计算需要的换热面积。 使用模拟选项时，模块根据实际的换热面积计算两股物流的出口状态。HeatX计算类型流动方式设定包括：1、热流体(Hot fluid)流动空间： 壳程 (Shell) /管程 (Tube)2、流动方向(Flow direction)： 逆流 (Counterc

40、urrent) 并流 (Co-current) 多管程流动 (Multiple passes)HeatX流动方式HeatX流动方式 (2)1、逆流 CountercurrentHeatX 流动方向2、并流 Cocurrent热物流出口温度 (Hot stream outlet temperature)热物流出口温降 (Hot stream outlet temperature decrease)热物流出口温差 (Hot stream outlet temperature approach)热物流出口过冷度 (Hot stream outlet degrees subcooling)热物流出口蒸

41、汽分率 (Hot stream outlet vapor fraction)HeatX 换热器设定共有13个选项HeatX 热物流出口温差 冷物流出口温度 (Cold stream outlet temperature)冷物流出口温升 (Cold stream outlet temperature increase)冷物流出口温差 (Cold stream outlet temperature approach)冷物流出口过热度 (Cold stream outlet degrees superheat)冷物流出口蒸汽分率 (Cold stream outlet vapor fraction)

42、HeatX 换热器设定 (2)共有13个选项HeatX 冷物流出口温差 传热面积 (Heat transfer area)热负荷 (Exchanger duty)几何条件 (Geometry) 在详细计算时采用。HeatX 换热器设定(3) 共有13个选项 由于换热器内的流动并非理想的并流或逆流，因此有效传热推动力需在对数平均温差(LMTD)的基础上进行校正。校正因子的计算方法有四个选项：1、常数 Constant 由用户指定校正系数，可查手册。2、几何结构 Geometry 由软件根据换热器结构和流动情况计算。3、用户子程序 User-subr4、计算值 Calculated 流动方向为多管

43、程流动时采用。HeatX LMTD校正HeatX LMTD校正（2） 压降 ( Pressure Drop )分别指定热侧和冷侧的出口压力 ( Outlet pressure ) 指定值 0，代表出口的绝对压力值 指定值 0，代表出口相对于进口的压力降低值HeatX 简捷计算 HeatX 简捷计算（2） 总传热系数方法 ( U methods )常数 (Constant)相态法 (Phase specific values) 分别指定冷热两侧不同相态组合下的传热系数幂函数 (Power law expression) U=Uref (Flow/Flowref)exponentHeatX 简捷计

44、算（3） HeatX U - 相态法 压降 ( Pressure Drop )分别指定热侧和冷侧的出口压力 ( Outlet pressure ) 根据几何结构计算 ( Calculated from geometry )HeatX 详细计算 HeatX 详细计算（2） 总传热系数方法 ( U methods )常数 ( Constant )相态法 ( Phase specific values ) 幂函数 ( Power law expression )换热器几何结构 ( Exchanger Geometry )传热膜系数 ( Film coefficients ) 详细计算采用后两种方法H

45、eatX 详细计算 (3)膜系数法根据换热器的几何结构和流动情况分别计算热流体侧和冷流体侧的传热膜系数(Film coefficients)，根据管壁材料和厚度计算传导热阻，再结合给定的污垢热阻因子(Fouling factor)计算出总传热系数U。HeatX U-膜系数法HeatX U-膜系数法 (4)HeatX几何结构详细计算时需输入换热器的几何结构参数。从数据浏览器左侧的目录树中选择几何(Geometry)项目，然后在右侧的壳程(Shell)、管程(Tubes)、管翅(Tube fins)、挡板(Baffles)和管嘴(Nozzles)表单中输入相应的数据。HeatX几何结构（2）Hea

46、tX壳程参数壳程(Shell)表单中包含以下参数：壳程类型 TEMA shell type管程数 No. of tube passes换热器方位 Exchanger orientation密封条数 Number of sealing strip pairs管程流向 Direction of tubeside flow壳内径 Inside shell diameter壳/管束间隙 Shell to bundle clearanceHeatX管程参数（2） HeatX壳程类型壳程类型包含六种结构供选用：HeatX壳程类型（2） HeatX其它壳程参数HeatX管程参数管程(Tubes)表单中包含以

47、下参数：选择管类型 Select tube type 裸管 Bare tube 翅片管 Finned tube管程布置 Tube layout 总管数 Total number 管长 Length 排列模式 Pattern 中心距 Pitch 材料 Material 导热系数 ConductivityHeatX管程参数（2）HeatX管程参数（3） 管程参数还有管尺寸(Tube size)，可用两种方式输入：实际尺寸 Actual内径 Inner diameter外径 Outer diameter 厚度 Tube thickness 三选二公称尺寸 Nominal 直径 Diameter BW

48、G规格 Birmingham wire gaugeHeatX管程参数（4）HeatX 列管排列模式 HeatX管翅结构 对于翅片管，还需从管翅(Tube fins)表单中输入以下参数：翅片高度 Fin height 翅片高度 / 翅片根部平均直径Fin height /Fin root mean diameter翅片间距 Fin spacing:每单位长度的翅片数 / 翅片厚度Number of fins per unit length /Fin thicknessHeatX管翅结构 (2)HeatX管翅结构 (3)HeatX挡板结构有两种挡板结构可供选用： 1、圆缺挡板 Segmental

49、baffle 2、棍式挡板 Rod baffle从挡板(Baffles)表单中进行选择并输入有关参数。HeatX圆缺挡板Segmental BaffleHeatX圆缺挡板（2）圆缺挡板需输入以下参数：所有壳程中的挡板总数 No. of baffles, all passes挡板切割分率 Baffle cut (fraction of shell diameter)管板到第一挡板的间距 Tubesheet to 1st baffle spacing挡板间距 Baffle to baffle spacing壳壁/挡板间隙 Shell-baffle clearance管壁/挡板间隙 Tube-baf

50、fle clearanceHeatX圆缺挡板（3）HeatX棍式挡板Rod BaffleHeatX棍式挡板（2） 棍式挡板需输入以下参数：所有壳程中的挡板总数 No. of baffles, all passes圆环内径 Inside diameter of ring圆环外径 Outside diameter of ring支撑棍直径 Support rod diameter每块挡板的支撑棍总长 Total length of support rods per baffleHeatX棍式挡板（3） HeatX管嘴 管嘴即换热器的物料进出接口，需从Nozzle表单中输入以下参数：输入壳程管嘴直径

51、 Enter shell side nozzle diameters 进口管嘴直径 Inet nozzle diameter 出口管嘴直径 Outlet nozzle diameter输入管程管嘴直径 Enter tube side nozzle diameters 进口管嘴直径 Inlet nozzle diameter 出口管嘴直径 Outlet nozzle diameterHeatX管嘴（2） HeatX结果查看 HeatX最重要的是热参数结果(Thermal results)，其下包括五张表单： 概况 Summary 衡算 Balance 换热器详情 Exchanger detail

52、s 压降/速度 Pre drop/velocities 分区 ZonesHeatX 概况概况表单给出了冷、热物流的进、出口温度、压力、蒸汽分率(Vapor fraction)，以及换热器的热负荷(Heat duty)。HeatX 概况 (2)HeatX换热器详情换热器详情表单给出了需要的换热器面积(Required exchanger area) 、实际的换热器面积(Actual exchanger area) 、清洁(Clean)和结垢(Dirty)条件下的平均传热系数(Avg. heat transfer coefficient)、校正后的对数平均温差(LMTD corrected) 、热

53、效率(Thermal effectiveness)和传热单元数(Number of transfer units)等有用的信息。HeatX换热器详情（2）HeatX压降/速度压降/速度表单给出了流道压降(Exchanger Pressure drop)、管嘴压降和总压降；壳程错流(Crossflow)和挡板窗口(Windows)处的最大流速及雷诺数(Reynolds No.)；管程的最大流速及雷诺数等有用的信息，我们可以根据这些信息调整管程数，挡板数目和切割分率，以及管嘴尺寸。HeatX压降/速度（2）HeatX 分区分区表单给出了换热器内根据冷、热流体相态对传热面积分区计算的情况，包括各区域

54、的热流体温度、冷流体温度、对数平均温差、传热系数、热负荷和传热面积信息。我们可根据此信息分析换热方案是否合理以及改进设计方案的方向。HeatX 分区（2） 用1200 kg/hr饱和水蒸汽 (0.3 MPa)加热2000 kg/hr 甲醇 (20 、0.3 MPa)。离开换热器的蒸汽冷凝水压力为0.28 MPa、过冷度为2 。换热器传热系数根据相态选择。求甲醇出口温度、相态、需要的换热面积。HeatX 应用示例 (1)对上例选用下述换热器进行详细核算：外壳直径：325 mm ， 公称面积：10 m2，管长：3 m ，管径： 192 mm ，管数：76 ，排列方式：正三角，管程数：2 ，壳程数：

55、1，折流板间距：150 mm ，折流板缺口高度：79 mmHeatX 应用示例 (2) 化工CAD基础 第四讲Simulation Design of Separation Processes 分离单元的仿真设计 (一)分离过程模型的分类Aspen Plus 中的分离过程模型包含两大类别：简单分离单元模型 Separators塔设备单元模型 Columns简单分离单元模型简单分离单元模型包含五个模块：两相闪蒸器 Flash2三相闪蒸器 Flash3倾析器 Decanter组份分离器 Sep两出口组份分离器 Sep2简单分离单元模型（2）Flash2 两相闪蒸器Flash2 模块执行给定热力学条

56、件下的汽-液平衡或汽-液-液平衡计算，输出一股汽相和一股液相产物。用于模拟闪蒸器、蒸发器、气液分离器等。Flash2 两相闪蒸器（2）Flash2 连接Flash2 模块的连接图如下： Flash2 模型参数Flash2 模块的模型参数有 3 组： 1、闪蒸设定 ( Flash Specifications)（1） 温度（Temperature)（2） 压力 （Pressure)（3） 蒸气分率（Vapor Fraction)（4） 热负荷（Heat Duty) 从以上 4 个参数中选定 2 个。Flash2 模型参数 （2）2、有效相态 ( Valid Phase)（1） 汽-液相（Vapo

57、r-Liquid)（2）汽-液-液相（Vapor-Liquid-Liquid)（3）汽-液-游离水相 （Vapor-Liquid-Free Water)从以上 3个参数中选定 1 个。Flash2 模型参数 （3）Flash2 模块的模型参数有 3 组： Flash2 模型参数 （4）Flash2 模型参数 （5）Flash2 模块的模型参数有 3 组： 3、液沫夹带 ( Liquid Entrainment in Vapor Stream) 液相被带入汽相中的分率。Flash2 模型参数 （6）Flash2 应用示例（1） 流量为 1000 kg/hr、压力为 0.11 MPa、含乙醇 70

58、 %w、水30 %w的饱和蒸汽在蒸汽冷凝器中部分冷凝，冷凝物流的汽/液比（摩尔）=1/3。求离开冷凝器的汽、液两相的温度和组成。Flash2 应用示例（2） 流量为 1000 kg/hr、压力为 0.5 MPa 温度为 120、含乙醇 70 %w、水 30 %w的物料绝热闪蒸到 0.15 MPa。求离开闪蒸器的汽、液两相的温度、流量和组成。Flash2 应用示例（3） 流量为 1000 kg/hr、压力为 0.2 MPa 温度为20 、含丙酮 30%w、水 70%w的物料进行部分蒸发回收丙酮，求丙酮回收率为90%时的蒸发器温度和热负荷以及汽、液两相的流量和组成。灵敏度分析Sensitivity

59、 在进行过程设计和分析时，常常需要了解某些过程变量受其它过程变量影响的敏感程度，ASPTEN Plus为此提供了一个非常有用的分析工具：模型分析工具(Model Analysis Tools)下的灵敏度(Sensitivity)对象。灵敏度分析Sensitivity (2)灵敏度分析Sensitivity (3)创建灵敏度对象时，按以下步骤操作： 1、从数据浏览器右侧的对象管理器(Object Manager)中点击新建(New)按钮； 2、在弹出对话框中为新对象指定一个辨识号(ID)；灵敏度分析Sensitivity (4)步骤1和步骤2：灵敏度分析Sensitivity (5)3、在定义(

60、Define)表单中点击新建(New) 按钮，创建灵敏度对象所需的变量；4、在弹出对话框中输入新变量的变量名(Variable name)；灵敏度分析Sensitivity (6)步骤3和步骤4：灵敏度分析Sensitivity (7)5、在变量定义(Variable Definition)对话框中的下拉式选择框中选择变量的类别(Category)、类型(Type)、流股(Stream)或模块(Block)代号，并指定具体变量(Variable)。灵敏度分析Sensitivity (8)步骤5：灵敏度分析Sensitivity (9)可以定义多个分析所需的变量，如下图所示：灵敏度分析Sensi