ASPEN换热过程课件

AspenPlus换热过程2024/7/251IntroductiontoAspenPlus换热器*Requiresseparatelicense模型说明目的用法Heater加热器或冷却器确定热和相态条件换热器、冷却器、阀门、当与功有关的结果不需要时的泵和压缩机HeatX两物流换热器两股物流的换热器两股物流换热器、当知道管壳换热器尺寸时可以进行核算.MHeatX多物流换热器任何数量物流的换热器多股热流和冷流换热器、两股物流换热器

、LNG换热器.HXFlux对流给热换热器对流换热过程模拟用于计算采用对流换热的热接收器与热源之间的热传递Hetran*BJACHetran

程序界面管壳式换热器的设计和模拟具有多种结构的管壳式换热器.Aerotran*BJACAerotran

程序界面空冷器的设计和模拟具有多种结构的空冷器.用于模拟节煤器和加热炉的对流段.ASPENPlus7.0以后改名为AspenExchangerDesignandRating2IntroductiontoAspenPlus操作HeaterHeater模块在规定热力学状态下把多股入口物流混合生成单股出口物流。可以使用Heater表示:Heaters（加热器）Coolers（冷却器）Valves（阀门，仅改变压力，不涉及阻力）Pumps（泵）和Compressors（压缩机）(无论何时都不需要与功有关的结果。)3IntroductiontoAspenPlusHeater输入规定允许组合:压力(或压降)和下列之一:出口温度热负荷或入口热流股汽化分率温度变化过冷或过热度数出口温度或温度变化和下列之一:压力热负荷汽化分率4IntroductiontoAspenPlusHeater－连接Heater

模型的连接图如下：5IntroductiontoAspenPlusHeater

输入规定对于单相用压力（压降）和下列之一:出口温度热负荷或入口热流股温度变化汽化分率为：1是露点,0是泡点简单的例子：常压下，0℃、1000kg/hr的水升高1℃，需要多少热量？(热力学方法使用SRK)6IntroductiontoAspenPlusHeater应用示例(1)20℃、0.41MPa、4000kg/hr

流量的软水在锅炉中加热成为饱和水蒸气进入生蒸汽总管（152.25℃

）。求所需的锅炉供热量。2.56004E+06Kcal/hr1000kg/hr、0.41MPa的饱和水蒸汽用蒸汽过热器加热到过热度100℃（0.41MPa），求过热蒸汽温度和所需供热量。

245.57℃、51034.7kcal/hr7IntroductiontoAspenPlusHeater应用示例(2)流量为1000kg/hr、0.11MPa、含乙醇70%w、水30%w的饱和蒸汽（可以认为汽化分率=1？）在蒸汽冷凝器中部分冷凝，冷凝物流的汽/液比（摩尔）=1/3(汽化分率=0.25)。求冷凝器热负荷。

-238597Kcal/hr流量为100kg/hr、0.2MPa、20℃的丙酮(CH3COCH3)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。液相分率为：1液相分率为：0.8992液相分率为：0.5398液相分率为：08IntroductiontoAspenPlusHeatX—连接HeatX

模型的连接图如下：9IntroductiontoAspenPlus操作HeatXHeatX能模拟如下管壳换热器类型:逆流和并流弓形隔板TEMAE,F,G,H,J和X壳圆形隔板TEMAE和F壳裸管和翅片管HeatX执行:全区域分析传热和压降计算显热、气泡状汽化、凝结膜系数计算内置的或用户定义的关联式10IntroductiontoAspenPlus操作HeatXHeatX不能:进行设计计算进行机械震动分析估算污垢系数11IntroductiontoAspenPlus操作

HeatX当规定HeatX时，要考虑:严格/详细计算或简化/简捷法什么规定类型怎样计算对数平均温差传热系数压降用什么设备和几何尺寸规定12IntroductiontoAspenPlusHeatX输入规定选择如下规定之一:传热面积和几何尺寸换热负荷热端或冷端出口物流:温度温度变化接近温度过热/过冷度数汽化分率13IntroductiontoAspenPlusHeatX模型有四组设定参数：计算类型 Calculationtype流动方向 Flowdirection对数平均温差校正 LMTDcorrection换热器设定 ExchangerspecificationHeatX—模型参数14IntroductiontoAspenPlus有两个选项：简捷计算Short-cut不考虑换热器的几何结构对传热和压降的影响，人为设定传热系数和压降。详细计算Detailed根据换热器的几何结构和流场情况自动计算传热换热系数和压降。首先确定热侧—管程/壳程；冷侧—管程/壳程HeatX—计算类型15IntroductiontoAspenPlus逆流

Countercurrent并流

CocurrentHeatX—流动方向16IntroductiontoAspenPlus常数Constant由用户指定校正系数，可查手册。几何结构Geometry由软件根据换热器结构和流动情况计算。用户子程序User-subrHeatX—LMTD校正17IntroductiontoAspenPlus传热温差：推动力列管式换热器中两种流体的流动比较复杂的多程流动。对于错流或折流平均温差，通常是先按逆流求算，然后再根据流动型式加以修正，即

——温差修正系数

与冷热两流体温度变化有关，表示为P和R两参数的函数18IntroductiontoAspenPlus传热温差：推动力温差修正曲线

＜1(

tm＜

tm,逆)是由于复杂流动中同时存在并流和逆流；换热器设计时

值不应小于0.8，否则不经济；可改用多壳程来增大

，即将几台换热器串联使用。19IntroductiontoAspenPlus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12个选项20IntroductiontoAspenPlusHeatX—热物流出口温差

21IntroductiontoAspenPlus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—换热器设定共有13个选项22IntroductiontoAspenPlusHeatX—冷物流出口温差23IntroductiontoAspenPlus热物流出口减冷物流进口温差(Hotoutlet-coldinlettemperaturedifference)热物流进口减冷物流出口温差(Hotinlet-coldoutlettemperaturedifference)热负荷(Exchangerduty)HeatX—换热器设定共有13个选项24IntroductiontoAspenPlus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

总传热系数计算方法(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25IntroductiontoAspenPlusHeatX—U-相态法26IntroductiontoAspenPlus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。（LMTD校正选用0.95）热力学方法使用NRTL109.8℃、气相、9.413m2HeatX—应用示例(1)

27IntroductiontoAspenPlus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)依据流体关联式计算压降管侧压降(Flow-dependentcorrelation)

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)

用户子程序(User-subroutine)HeatX—详细计算28IntroductiontoAspenPlus单程管壳式换热器1—外壳2—管束3、4—接管5—封头6—管板7—折流板管壳式换热器结构名称29IntroductiontoAspenPlus壳层－TEMA类型HeatX—几何结构30IntroductiontoAspenPlusHeatX—几何结构翅片效率：对于翅片管外膜传热系数的计算，以光管外表面为基准，其关系式如下：

hf0—以光管外表面积为基准的翅片管外膜传热系数

hf—翅片管表面膜传热系数

At—翅片管的光管部分的面积

Af—翅片管的翅片部分的面积

A0—光管的外表面积

Ω—翅片效率31IntroductiontoAspenPlusHeatX—几何结构管板厚度（TEMA标准指定）管板用于固定管子，管板的受力情况比较复杂，影响管板强度的因素很多，TEMA标准指定选择方法。设计压力会影响管板的厚度。管子排列模式正方形－90℃旋转正方形－45℃三角形－30℃旋转三角形－60℃

三角形排列比正方形排列更为紧凑，管外流体的湍动程度高，给热系数大，但正方形排列的管束清洗方便，对易结垢流体更为适用，旋转45℃放置，也可提高给热系数。32IntroductiontoAspenPlus管子壁厚管子内径管壁厚度伯明翰线规用以表示金属的线径、板厚、管壁厚度，其与毫米之关系如下:B.W.G毫米(mm)

B.W.G毫米(mm)

B.W.G毫米(mm)0000

000

00

0

1

2

3

4

5

611.5

10.8

9.65

8.63

7.62

7.21

6.58

6.04

5.59

5.15

7

8

9

10

11

12

13

14

15

164.57

4.19

3.76

3.4

3.05

2.77

2.41

2.11

1.83

1.65

17

18

19

20

21

22

23

24

251.47

1.24

1.07

0.89

0.81

0.71

0.63

0.56

0.51HeatX—几何结构33IntroductiontoAspenPlusHeatX—几何结构折流板结构数据34IntroductiontoAspenPlus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。选用下面的数据进行核算：外壳直径：300mm，公称面积：10m2，管长：3m，管径：Ф19x2mm，管数：76，管心距：25mm，排列方式：正三角，管程数：2，壳程数：1折流板间距：150mm，个数：19折流板缺口高度：79mm壳层接管直径：进口200mm、出口200mm管程接管直径：进口32mm、出口38mmHeatX—应用示例(2)

35IntroductiontoAspenPlusHeatX与

Heater

作如下考虑:当两侧相关时用HeatX当与一侧（公用工程）无关时用Heater为避免由HeatX导致的流