aspen换热器设计初步计算

CAPD基础第五讲_SimulationDesignofThermalProcesses热过程单元的仿真设计（一）aspen換热器设计初步计算传热单元模型的分类传热单元归属换热器类(HeatExchangers),共7种模型，AspenPlus内部用的有4种，其余3种是与其它软件的接口模块:1.加热器Heater2.换热器HeatX3.多物流换热器MHeatX4.热通量换热器HXFluxaspen换热器设计初步计算传热单元模型的分类⑵Heater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:1.加热器2.冷却器3.阀门（仅改变压力，不涉及阻力）4.泵（仅改变压力，不涉及功率）5.压缩机（仅改变压力，不涉及功率）aspen换热器设计初步计算Heater加热器模型（2）aspen换热器设计初步计算Heater--连接Heater模型的连接图如下:aspen换热器设计初步计算电两项Heater一模型参数Heater模型有两组模型设定参数：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Heatdutyaspen换热器设计初步计算Heater—模型参数⑵-|n|x|-|g|x|PressureVaporfraction-a■ll|lliAspenPlus-heater-example!.bkp-[BlockHEATER(Heater)Input-DataBrowser]1FileEditViewDataToolsRunPlotLibraryWindowHelplerripgrglureHeatdut/TernperaturechangeDegreesofsljperheatingDegrees[ifs1」bco[11ing-Flashspecificationsaspen换热器设计初步计算q「SI-CEIAR5…包ft-r^/i由…Qj—1-1-fVlInputHcurvesDynamicBlockOptionsResultsEOVariablesEOInputSpecGroupsPortsStreamResultsReactions申QConvergenceI©InputSetupComponentsPropertiesStreamsBlocksHEATERo■a^Specifications)FlashOptions|d|qs|h|

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1ResultsAvailableAHeater一模型参数（3）Heater模型有两组模型设定参数：2.有效相态（ValidPhase）（1）蒸汽（2）液体（3）固体（4）汽一液（5）汽一液一液（6）液一游离水（7）汽一液一游离水aspen换热器设计初步计算InputHcurvesDynamicBlockOptionsResultsEOVariables—EOInputSpecGroupsPortsStreamResultsConvergenceFlowsheetingOptionsBocksSetupComponentsPropertiesStreams^ProcessFlo...BlockHEATE...|ForHelpjpressFlaspen换热器设计初步计算|NUMIkesullsAvdildUeHeater—模型参数（4）Input刁列岭|«|221□n>|q[SI-CEIAR■ll|lhAspenPlus-heater-example1.bkp-[BlockHEATER(Heater)Input-DataBrowser]-I口|x|~|FileEditViewDataToolsRunPlotLibraryWindowHelp-|s|x|□|达|B|S|a|叫初禽I却KM叫適k|>|H|「|柱J牙证始糾刻囲-li外题I蒯斜|Pressure▼3.9ba.rVaporfr；3.ction▼12dHEA--©_J--©--©a-<l--©--®_lHlctioasn□ea-'l'l'!田…田■由■由白■■甲甲田Heater一应用示例(1)温度20°C.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。aspen换热器设计初步计算Heater一应用示例(2)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°C(0.39MPa),求过热蒸汽温度和所需供热量。aspen换热器设计初步计算Heater一应用示例(3)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。aspen换热器设计初步计算■CaseStudy—案例研究_______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。aspen换热器设计初步计算CaseStudy—案例研究(2)aspen换热器设计初步计算CaseStudy—参数定义首先在改变(Vary)表单中定义不•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。aspen换热器设计初步计算Sensitivity5_Setup3-ViComponents3-Properties丑aStreams丑Blocks丑Reactions[j-Convergence主…+QFlowsheetingOptions3-ModelAnalysisToolsOptimizationConstraintDataFitCaseStudy..OSetupOReportOptions中--損|EDConfiguration由如ResultsSummary|QSetup©f®ISI-CBAR刁<<l22Jol豳I「I胡难I於|TgjI錮限I_______________________________■ll|lliAspenPlus-heater-examp1e4.bkp-[CaseStudySetup-DataBrowser]|FileEditViewDataToolsRunPlotLibraryWindowHelp-It5|x|□|q#|h|

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al►|>|k|0ProcessFlo...CaseStudy|ForHelp,pressFlCaseStudy—参数定义（2）aspen...............■■cl--cl--CJO-^」:::::……:…ffi--a-CaseStudy—参数赋值然后在规定(Specification)表单中使用案例序号(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。aspen换热器设计初步计算SetupComponentsPropertiesStreamsBlocksReactionsConvergenceFlowsheetingOptionsModelAnalysisTools..SensitivityOptimizationConstraintDataFitCaseStudy..0Set叩❸

ReportOptionsEOConfigurationResultsSummaryffi-白.■■図SDecificationsDescriptionValuesformanipulatedvariablesEiIockstobereinitializedReinitializeallblocksConvergenceblocks:Unitoperationblocks:二JCasenumber:10000120i-StreamstobereinitializedReinitis.lizei3.llstrearns"3StreamsCaseStudy一参数赋值（2）_________________________________■ll|lliAspenPlus-heater-example4.bkp-[CaseStudySetup-DataBrowser]~|FileEditViewDataToolsRunPlotLibraryWindowHelp□I运|h|

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^1M]@1*1咖跡|-BlAspenPlus-heater-example4.bkp0000©■a-a-Qia-aDa■Da田:■由.■田•由:由•由:田:田-白-CaseStudy—结果查看出,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。aspen换热器设计初步计算Heater一应用示例(4)流量为100kg/hr、压力为0.2MPa、温度为20°C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。aspen换热器设计初步计算Heater一物性计算利用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、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。aspen换热器设计初步计算Heater一应用示例(5)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3点和露点。aspen换热器设计初步计算HeatX换热器模型HeatX模型用于模拟下述结构的管一壳式换热器:1.逆流/并流(Countercurrent/Cocurren2.折流板壳程(SegmentalBaffleShell)3.棍式挡板壳程(RodBaffleShell)4.裸管/低翅片管（Bare/Low-finnedTubes计算两股物流之间的热量交换。aspen换热器设计初步计算-|n|xlFileEditViewDataT<Dp|H|曇|al隆|e-I口IHI©ProcessFlo.ForHelpjpressFlill|ll>AspenPlus-HeatX换热器模型(2)aspen换热器设计初步计算|NUMI—RequiredInputCompleteHEATXooor_ior—ip□r—BzzznsBzzzzdDM^n)m=^ot=^om=^ot=^oHeatX——连接HeatX模型的连接图如下:ColdInletaspen换热器设计初步计算HeatX—模型设定HeatX的设定从规定(Specification)表单着手，有三组设定参数:1.计算类型Calculation2.流动方式Flowarrangement3.换热器设定Exchangerspecificatiaspen换热器设计初步计算Indesignprogram,selectsthegeometry-Inratmgmodejprogramdeterminesif-Exchangerspecification3Specification:Hotstreamoutletdegreessubcooling2Value:C:1Exchangerarea:Minimumtemperatureapproach:sqmc3FlowarrangementrCalculationHotfluid:Shell「Shortcut汉

DetailedFlowdirection:CHetran-RigorousNo.shellsinseries:sRatiniType:C:ijunterr:urrent▼|S^Calculatenum^Specifications^LMTD|^PressureDrop|Methods|-i-i-ComponentsPropertiesj-QOStreams=^l-■&!BlocksS-EX-1、©Setup©Options9HetranOptions…<1HetranBrowserGeometry亡lHotHcurvesOColdHcurves©UserSubroutine©Dynamic©BlockOptions□ThermalResults□GeometryResull□HetranThermal…<1EOVariablesoEDInput©SpecGroups……oPortsmQi-roamPcg-iili-cI©Setup71SjW|SI-CBAR▼!>|岭I<<l2^]趣IN»|■ll|lliAspenPlus-HeatX-examplel.bkp-[BlockEX-1(HeatX)Setup-DataBrowser]~|FileEditViewDataToolsRunPlotLibraryWindowHelp-|g|x|-|g|x|□|qs|s|

s|a|fe|e]迦►I>Hzl蠢1外I™\咐1叫a國aspen换热器设计初步计算BlockEX-1ForHelpjpressFlHeatX一模型设定（2）edom■HeatX一计算类型计算栏目中有三个选项：1、简捷计算Short-cut2、详细计算Detailed3.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Design2、核算Rating3.模拟Simulation两组选项按下述方式配合使用：aspen换热器设计初步计算-Flowarrangement厂

CalculationHotfluid:Shellc

ShortcutDetailedFlowdirection:C

Hetran-Rigorous1No.shPlating「CalculatenumberofshellsDesian9^Sirriuli3.tioriHotstreamoutletdegreessubcoolingSpecification:2Value:Exchangerarea:Minimumtemperatureapproach:亡Inn9□□□programdeterminesifunitisover/undersurfaced.Countercurrent▼|Specifications|*-MTD|^PressureDrop|'UMethods|FilmCoefficientsComponentsPropertiesStreamsBlocks厶I

EX-1SetupOptionsHetranOptionsHetranBrowserGeometryHotHcurvesColdHcurvesUserSubroutine:DynamicBlockOptionsThermalResultsGeometryResullHetranThermalIEOVariables*EOInputSpecGroupsPortssqm▼1C▼|0Setup7|SjW|SI-CBAR<HI〈〈IfZii^1»l□!趣IN*lHeatX一计算类型（2）■ll|lliAspenPlus-HeatX-exampleLbkp-[BlockEX-1(HeatX)Setup-DataBrowser]I-InfxlJFileEditViewDataToolsRunPlotLibraryWindowHelp

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幽I松IH迦小卜|jJ屋|l备Is瞧l-l。外Isl^ProcessFlo...|ForHelp,pressFlBlockEX-1(...aspen换热器设计初步计算tnum

|RequiredInputIncomplete盖_^»|-ffl-'&&&IHeatX一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。aspen换热器设计初步计算HeatX一流动方式流动方式设定包括：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)aspen换热器设计初步计算HeatX一流动方式（2）'lllll'AspenPlus一HeatX-exa>ple2.bkp一[BlockEX-1(HeatX)Setup一DataBrovser]FileEditViewDataToolsRutlFl>jtLibraryWindowHelp-51X[32^1_□!!|n^I⑤

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Shortcut(*DetoiledFlowdirection:RatingExchangerspecificationSpecification:Hotstreamoutletdegreessubcooling▼fcValue:23>1+1

ulRExchangerarea:Minimumtemperatureapproach:^Specifications^LMTD|PressureDrop|^/UMethods]-FlowarrangementHotfluid:SetupComponentEFropertieeStreamsBlocksCHetran-RigorousType:++J/j++Vi-J/j-J/jEX-1.shellsinserieLo-currentq^zrlcijlateniJMultiplepassesSetup[IptionsHetranOptionsHetranBroweerGeometryHotHcurvesColdHcurvesUserSubroutineeHyTLaiTiicBlockOptionsThermalResultsTi.ibe二Countercurrent[Cpuniercurrentsqm▼1C▼^ProcessFlo...BlockEX-1(...^ProcessFlo...BlockEX-1(...^ProcessFlo...BlockEX-1(...^ProcessFlo...BlockEX-1(...^ProcessFlo...BlockEX-1(...HeatX一流动方向1.逆流Countercurrent2.并流CocurrentColdInlet/IT、

Hot\OutletHot\Tnlet/ColdOutlet-►HotInletcoi(rInletr,ColdAOutlet/HotOutlet—►aspen换热器设计初步计算HeatX—换热器设定1.热物流出口温度(Hotstreamoutlettemperature)2.热物流出口温降(Hotstreamoutlettemperaturedecrease)3.热物流出口温差(Hotstreamoutlettemperatureapproach)4.热物流出口过冷度(Hotstreamoutletdegreessubcooling)5.热物流出口蒸汽分率(Hotstreamoutletvaporfraction)共有13个选项aspen换热器设计初步计算HeatX—热物流出口温差aspen换热器设计初步计算HeatX—换热器设定（2）6.冷物流出口温度(Coldstreamoutlettemperature)6.冷物流出口温升(Coldstreamoutlettemperatureincrease)6.冷物流出口温差(Coldstreamoutlettemperatureapproach)6.冷物流出口过热度(Coldstreamoutletdegreessuperheat)6.冷物流出口蒸汽分率(Coldstreamoutletvaporfraction)共有13个选项aspen换热器设计初步计算HeatX—冷物流出口温差aspen换热器设计初步计算HeatX—换热器设定⑶11.传热面积(Heattransferarea)11.热负荷(Exchangerduty)11.几何条件(Geometry)在详细计算时采用。共有13个选项aspen换热器设计初步计算HeatX—LMTD校正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。aspen换热器设计初步计算HeatX—LMTD校正（2）HeatX——简捷计算压降(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aspen换热器设计初步计算HeatX——简捷计算（2）HeatX——简捷计算(3)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)"exponentaspen换热器设计初步计算HeatXU-相态法SetupOptionsHetranOptionsHetranBrowserGeometryHotHcurvesColdHcurvesUserSubroutinesDynamicBlockOptionsEOVariablesEOInputSpecGroupsPortsConvergenceFlowsheetingOptionsBocksSetupComponentsPropertiesStreams田…包學…Si中…學…Si白^Specifications|*^LMTD|^PressureDropMethodsjFilmCoefficients—SelectedcalculationmethodC

ConstantUvalue:|850|Watt/sqm-K~PhasespecificvaluesCPowerlawexpressionQi

ExchangergeometryC

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Usersubroutine-Scalingfactor-Ucorrectionfactor|l-PhasespecificvaluesUsephasespecificvaluesforU.IdEX-1T|sjlg|SI-CBAR▼!吵I<<l

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FileEditViewDataToolsRunPlotLibraryWindowHelp_|g|X|^[ProcessFlo…BlockEX-1〔…ForHelp,pressF1||E:006史xam[程||NUM||RequiredInputCompleteaspen换热器设计初步计算Ex-®©®<3®aa©®©(1®®octio^.a000田*■■-*■■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:概况衡算换热器详情压降/速度分区SummaryBalanceExchangerdetailsPredrop/velocitiesZonesaspen换热器设计初步计算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)。aspen换热器设计初步计算HeatX概况(2)EIlRShellftTubeResultsa-EX-1PropertiesFlowsheetStreamsBlocks9SetupOptinsEIlROptionsEIlRBrowserGeometryHotHcumsColdHcurvesUserSubroutirLeEIlyiLOJTiic_BlockOptionzraThermalResult^||GeometryResults=ummaryBalance|ExchangerDetails|PresDrop/Velocities|Zones|HeatxresultsHotstream:Temperature:Pressure:Vaporfraction:Coldstream:Temperature:Pressure:Vaporfraction:Heatduty:InletOutlet133.5949511:▼129.256300cAFbar▼2.8barJ10r2|20C▼109.820556CFbar▼3barJ1|~J

ThermalResultsEH—vj|<=■4口豳级N*|730758.504fwtV]HeatX-exa>plel.bkp-AspenPlusV7.1-aspenONE-[BlockEX-1(HeatX)Ther量a■■-[~Z~||□||X|=FileEditViewDataToolsRutlFlotLibraryCostingWindowHelp—51

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■S!•OO^[ProcessFlo...|ControlPanelBlockEX-1(...ForHelp,pressFlaspen拖热器设计初步计笪。ResuitsAvailableHeatX——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)、校正后对数平均温差(LMTDcorrected)和对数平均温差校正因子(LMTDcorrectionfactor)等有用的信息。aspen换热器设计初步计算HeatX——换热器详情（2）3X-»□幽纷N*〆xThermalResultsExchangerdetailsControlPanelBlockEX-1(...谁热ForHelp^pressFlResuitsAvailableasnen^[ProcessFlo...Summary|BalanceExchangerDetails5as參ooSetup□pti0nsEHROptionsEHRBrowserGeometryHotHcurvesColdHcurvesUserSubroiitineEIlynajriicBlockOptionsThermalResultsGeometryResults~