Aspenplus热过程单元的仿真设计一

会计学1Aspenplus热过程单元的仿真设计一传热单元模型的分类(2)第2页/共55页第1页/共55页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）第3页/共55页第2页/共55页Heater

加热器模型（2）第4页/共55页第3页/共55页Heater——

连接Heater

模型的连接图如下：第5页/共55页第4页/共55页1、闪蒸规定(Flashspecifications)

（1）温度Temperature

（2）压力Pressure

（3）温度改变Temperaturechange

（4）蒸汽分率Vaporfraction

（5）过热度Degreesofsuperheating

（6）过冷度Degreesofsubcooling

（7）热负荷HeatdutyHeater

—模型参数Heater模型有两组模型设定参数：从中任选两项第6页/共55页第5页/共55页Heater

—模型参数（2）第7页/共55页第6页/共55页2、有效相态(ValidPhase)（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：第8页/共55页第7页/共55页Heater

—模型参数（4）第9页/共55页第8页/共55页

温度20℃、压力0.41MPa、流量4000kg/hr

的软水在锅炉中加热成为0.39MPa的饱和水蒸气进入生蒸汽总管。求所需的锅炉供热量。

Heater—

应用示例(1)第10页/共55页第9页/共55页

流量为1000kg/hr（0.4MPa）的饱和水蒸汽用蒸汽过热器加热到过热度100℃（0.39MPa），求过热蒸汽温度和所需供热量。

Heater—

应用示例(2)第11页/共55页第10页/共55页

流量为1000kg/hr、压力为0.11MPa、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)第12页/共55页第11页/共55页

案例研究(CaseStudy)是ASPENPlus提供的模型分析工具(ModelAnalysisTools)之一。当需要对多个不同的工况条件的结果进行比较时，尤其是不同工况有多个且数目不等的参数需要改变时，案例研究工具提供了非常方便的手段:一次输入所有工况的参数值，通过批处理运行方式计算出全部结果，自动输出到结果文件中。CaseStudy—

案例研究第13页/共55页第12页/共55页CaseStudy—

案例研究（2）第14页/共55页第13页/共55页CaseStudy—

参数定义

首先在改变(Vary)表单中定义不同案例中需要改变的变量：使用变量序号(Variablenumber)下拉框中的新建(new)选项增添新的变量；使用调节变量(Manipulatedvariable)栏中的一组下拉框设定每一个变量的定义。第15页/共55页第14页/共55页CaseStudy—参数定义（2）第16页/共55页第15页/共55页CaseStudy—

参数赋值

然后在规定(Specification)表单中定义不同案例中调节变量的值：使用案例序号(Casenumber)下拉框中的新建(new)选项增添新的案例；在调节变量值(Valuesofmanipulatedvariable)表的单元格中按顺序输入相应案例里每一个调节变量的给定值。第17页/共55页第16页/共55页CaseStudy—

参数赋值（2）第18页/共55页第17页/共55页CaseStudy—

批处理运行

完成案例定义后，从窗口的级联式菜单中选择“运行→批处理→提交”命令

Run→Batch→Submit并在弹出的对话框中设定运行代号(RunID)，运行结果输出文件将采用运行代号作为文件名。第19页/共55页第18页/共55页CaseStudy—批处理运行（2）第20页/共55页第19页/共55页CaseStudy—批处理运行（3）第21页/共55页第20页/共55页CaseStudy—

结果查看

案例研究的模拟结果采用文件输出，不能直接从图形用户界面中查看。运行完成后，会在工作目录下自动生成输入(*.inp)、状态(*.sta)、简汇(*.sum)和输出(*.out)四个文本文件，结果数据在*.out文件中，可用文本编辑软件打开查看和编辑。第22页/共55页第21页/共55页

流量为100kg/hr、压力为0.2MPa、温度为20℃的丙酮通过一电加热器。当加热功率分别为2kW、5kW、10kW和20kW时，求出口物流的状态。

Heater—

应用示例(4)第23页/共55页第22页/共55页Heater

—物性计算

利用Heater模块可以很方便地计算混合物在给定热力学状态下的各种物性数据，如泡点、露点、饱和蒸汽压、密度、粘度、热容、导热系数等等：只需将给定组成的物流导入Heater模块，根据给定的热力学状态设定Heater的模型参数，并在总Setup的ReportOptions中设定相应的输出参数选项即可。第24页/共55页第23页/共55页

求压力为0.2MPa，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)第25页/共55页第24页/共55页HeatX

换热器模型逆流/并流（Countercurrent/Cocurrent)折流板壳程（SegmentalBaffleShell)棍式挡板壳程（RodBaffleShell)裸管/低翅片管（Bare/Low-finnedTubes)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。第26页/共55页第25页/共55页HeatX

换热器模型（2）第27页/共55页第26页/共55页HeatX——

连接HeatX

模型的连接图如下：第28页/共55页第27页/共55页计算类型

Calculation流动方式

Flowarrangement换热器设定

ExchangerspecificationHeatX—模型设定HeatX

的设定从规定(Specification)表单着手，有三组设定参数：第29页/共55页第28页/共55页HeatX—模型设定（2）第30页/共55页第29页/共55页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HetranRigorous

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—计算类型第31页/共55页第30页/共55页HeatX—计算类型（2）第32页/共55页第31页/共55页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—简捷计算第33页/共55页第32页/共55页流动方式设定包括：1、热流体(Hotfluid)流动空间：

壳程

(Shell)/管程

(Tube)2、流动方向(Flowdirection)：

逆流

(Countercurrent)

并流

(Co-current)

多管程流动

(Multiplepasses)HeatX—流动方式第34页/共55页第33页/共55页HeatX—流动方式(2)第35页/共55页第34页/共55页1、逆流

CountercurrentHeatX—

流动方向2、并流

Cocurrent第36页/共55页第35页/共55页热物流出口温度(Hotstreamoutlettemperature)热物流出口温降(Hotstreamoutlettemperaturedecrease)热物流出口温差(Hotstreamoutlettemperatureapproach)热物流出口过冷度(Hotstreamoutletdegreessubcooling)热物流出口蒸汽分率(Hotstreamoutletvaporfraction)HeatX—

换热器设定共有13个选项第37页/共55页第36页/共55页HeatX—

热物流出口温差

第38页/共55页第37页/共55页冷物流出口温度(Coldstreamoutlettemperature)冷物流出口温升(Coldstreamoutlettemperatureincrease)冷物流出口温差(Coldstreamoutlettemperatureapproach)冷物流出口过热度(Coldstreamoutletdegreessuperheat)冷物流出口蒸汽分率(Coldstreamoutletvaporfraction)HeatX—

换热器设定

(2)共有13个选项第39页/共55页第38页/共55页HeatX—

冷物流出口温差

第40页/共55页第39页/共55页传热面积(Heattransferarea)热负荷(Exchangerduty)几何条件(Geometry)

在详细计算时采用。HeatX—

换热器设定(3)

共有13个选项第41页/共55页第40页/共55页

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

流动方向为多管程流动时采用。HeatX—

LMTD校正第42页/共55页第41页/共55页HeatX—

LMTD校正（2）第43页/共55页第42页/共55页

压降

(PressureDrop)分别指定热侧和冷侧的出口压力

(Outletpressure)

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

第44页/共55页第43页/共55页HeatX——

简捷计算（2）

第45页/共55页第44页/共55页总传热系数方法

(Umethods)常数

(Constant)相态法

(Phasespecificvalues)

分别指定冷热两侧不同相态组合下的传热系数幂函数

(Powerlawexpression)U=Uref(Flow/Flowref)^exponentHeatX——

简捷计算（3）

第46页/共55页第45页/共55页HeatX——

U-相态法

第47页/共55页第46页/共55页HeatX——结果查看HeatX最重要的是热参数结果(Thermalresults)，其下包括五张表单：概况Summary

衡算Balance

换热器详情Exchangerdetails

压降/速度Predrop/velocities

分区Zones第48页/共55页第47页/共55页HeatX—