第三讲热过程单元的仿真演示文稿

第三讲热过程单元的仿真演示文稿当前1页，总共93页。（优选）第三讲热过程单元的仿真当前2页，总共93页。传热单元模型的分类(2)当前3页，总共93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）当前4页，总共93页。Heater

加热器模型（2）当前5页，总共93页。Heater——

连接Heater

模型的连接图如下：当前6页，总共93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：从中任选两项当前7页，总共93页。Heater

—模型参数（2）当前8页，总共93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：当前9页，总共93页。Heater

—模型参数（4）当前10页，总共93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)当前11页，总共93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)当前12页，总共93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)当前13页，总共93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—

案例研究当前14页，总共93页。CaseStudy—

案例研究（2）当前15页，总共93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。当前16页，总共93页。CaseStudy—参数定义（2）当前17页，总共93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。当前18页，总共93页。CaseStudy—

参数赋值（2）当前19页，总共93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。当前20页，总共93页。CaseStudy—批处理运行（2）当前21页，总共93页。CaseStudy—批处理运行（3）当前22页，总共93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。当前23页，总共93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)当前24页，总共93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。当前25页，总共93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)当前26页，总共93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。当前27页，总共93页。HeatX

换热器模型（2）当前28页，总共93页。HeatX——

连接HeatX

模型的连接图如下：当前29页，总共93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：当前30页，总共93页。HeatX—模型设定（2）当前31页，总共93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—计算类型当前32页，总共93页。HeatX—计算类型（2）当前33页，总共93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—简捷计算当前34页，总共93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—流动方式当前35页，总共93页。HeatX—流动方式(2)当前36页，总共93页。1、逆流

CountercurrentHeatX—

流动方向2、并流

Cocurrent当前37页，总共93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个选项当前38页，总共93页。HeatX—

热物流出口温差

当前39页，总共93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个选项当前40页，总共93页。HeatX—

冷物流出口温差

当前41页，总共93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个选项当前42页，总共93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校正当前43页，总共93页。HeatX—

LMTD校正（2）当前44页，总共93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

当前45页，总共93页。HeatX——

简捷计算（2）

当前46页，总共93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）

当前47页，总共93页。HeatX——

U-相态法

当前48页，总共93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当前49页，总共93页。HeatX——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(Vaporfraction)，以及换热器的热负荷(Heatduty)。当前50页，总共93页。HeatX——概况(2)当前51页，总共93页。HeatX——换热器详情对于捷算法，换热器详情表单给出了需要的换热器面积(Requiredexchangerarea)、结垢(Dirty)条件下的平均传热系数(Avg.heattransfercoefficient)、校正后的对数平均温差(LMTDcorrected)和对数平均温差校正因子(LMTDcorrection

factor)等有用的信息。当前52页，总共93页。HeatX——换热器详情（2）当前53页，总共93页。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。当前54页，总共93页。HeatX——分区（2）当前55页，总共93页。

用1200kg/hr饱和水蒸汽(0.3MPa)加热2000kg/hr甲醇(20℃、0.3MPa)。离开换热器的蒸汽冷凝水压力为0.28MPa、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)当前56页，总共93页。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—详细计算当前57页，总共93页。HeatX—详细计算(2)当前58页，总共93页。

压降

(PressureDrop)分别指定热侧和冷侧的出口压力

(Outletpressure)

根据几何结构计算

(Calculatedfromgeometry)HeatX—

详细计算(3)

当前59页，总共93页。HeatX——

详细计算

(4)

当前60页，总共93页。

总传热系数方法

(Umethods)常数

(Constant)相态法

(Phasespecificvalues)

幂函数

(Powerlawexpression)换热器几何结构

(ExchangerGeometry)传热膜系数

(Filmcoefficients)

详细计算采用后两种方法HeatX——

详细计算

(5)当前61页，总共93页。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(Filmcoefficients)，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(Foulingfactor)计算出总传热系数U。HeatX——

U-膜系数法当前62页，总共93页。HeatX——

U-膜系数法

(2)当前63页，总共93页。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(Tubefins)、挡板(Baffles)和管嘴(Nozzles)表单中输入相应的数据。当前64页，总共93页。HeatX—几何结构（2）当前65页，总共93页。HeatX—壳程参数壳程(Shell)表单中包含以下参数：壳程类型TEMAshelltype管程数No.oftubepasses换热器方位Exchangerorientation密封条数Numberofsealingstrippairs管程流向Directionoftubesideflow壳内径Insideshelldiameter壳/管束间隙Shelltobundleclearance当前66页，总共93页。HeatX—管程参数（2）

当前67页，总共93页。HeatX—壳程类型壳程类型包含六种结构供选用：当前68页，总共93页。HeatX—壳程类型（2）

当前69页，总共93页。HeatX—其它壳程参数当前70页，总共93页。HeatX——管程参数管程(Tubes)表单中包含以下参数：选择管类型Selecttubetype

裸管

Baretube翅片管

Finnedtube管程布置Tubelayout

总管数

Totalnumber管长

Length

排列模式

Pattern中心距

Pitch

材料

Material导热系数

Conductivity当前71页，总共93页。HeatX——管程参数（2）当前72页，总共93页。HeatX——管程参数（3）

管程参数还有管尺寸(Tubesize)，可用两种方式输入：实际尺寸

Actual内径Innerdiameter外径Outerdiameter

厚度Tubethickness

三选二公称尺寸

Nominal

直径Diameter

BWG规格

Birminghamwiregauge当前73页，总共93页。HeatX——管程参数（4）当前74页，总共93页。HeatX—列管排列模式

当前75页，总共93页。HeatX——管翅结构

对于翅片管，还需从管翅(Tubefins)表单中输入以下参数：翅片高度

Finheight翅片高度/翅片根部平均直径Finheight/Finrootmeandiameter翅片间距Finspacing:每单位长度的翅片数/翅片厚度Numberoffinsperunitlength/Finthickness当前76页，总共93页。HeatX——管翅结构

(2)当前77页，总共93页。HeatX——管翅结构

(3)当前78页，总共93页。HeatX——挡板结构有两种挡板结构可供选用：

1、圆缺挡板Segmentalbaffle

2、棍式挡板Rodbaffle从挡板(Baffles)表单中进行选择并输入有关参数。当前79页，总共93页。HeatX——圆缺挡板SegmentalBaffle当前80页，总共93页。HeatX——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.ofbaffles,allpasses挡板切割分率

Bafflecut(fractionofshelldiameter)管板到第一挡板的间距

Tubesheetto1stbafflespacing挡板间距

Baffletobafflespacing壳壁/挡板间隙

Shell-baffleclearance管壁/挡板间隙

Tube-baffleclearance当前81页，总共93页。HeatX——圆缺挡板（3）当前82页，总共93页。HeatX——棍式挡板RodBaffle当前83页，总共93页。HeatX——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.ofbaffles,allpasses圆环内径

Insidediameterofring圆环外径

Outsidediameterofring支撑棍直径

Supportroddiameter每块挡板的支撑棍总长

Totallengthofsupportrods

perbaffle当前84页，总共93页。HeatX——棍式挡板（3）

当前85页，总共93页。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

Entershell