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1、CAPDCAPD基基础础 第五讲第五讲 Simulation Design of Simulation Design of Thermal Processes Thermal Processes 热过热过 程程单单元的仿真元的仿真设设 计计 （一）（一） 传热单传热单 元模型的分元模型的分类类 1.1. 加加热热器器 HeaterHeater 2.2. 换热换热 器器 HeatXHeatX 3.3. 多物流多物流换热换热 器器 MHeatXMHeatX 4.4. 热热通量通量换热换热 器器 HXFluxHXFlux 传热单元归属换热器类传热单元归属换热器类( (Heat ExchangersH
2、eat Exchangers) )， 共共 7 7 种模型，种模型，AspenPlusAspenPlus内部用的有内部用的有 4 4 种，其种，其 余余 3 3 种是与其它软件的接口模块：种是与其它软件的接口模块： 传热单传热单 元模型的分元模型的分类类 (2)(2) HeaterHeater 加加热热器模型器模型 Heater Heater 模型用于模拟以下单元，模型用于模拟以下单元， 改变单股物流的温度、压力和相态改变单股物流的温度、压力和相态： 1. 1. 加热器加热器 2. 2. 冷却器冷却器 3. 3. 阀门（仅改变压力，不涉及阻力）阀门（仅改变压力，不涉及阻力） 4. 4. 泵（仅
3、改变压力，不涉及功率）泵（仅改变压力，不涉及功率） 5. 5. 压缩机（仅改变压力，不涉及功率）压缩机（仅改变压力，不涉及功率） HeaterHeater 加加热热器模型器模型（2 2） Heater Heater 连连接接 HeaterHeater 模型的连接图如下模型的连接图如下： 1 1、闪闪闪闪蒸蒸规规规规定定 ( ( Flash specificationsFlash specifications) ) （1 1）温度）温度 TemperatureTemperature （2 2） 压压力力 PressurePressure （3 3）温度改温度改变变变变 Temperature c
4、hangeTemperature change （4 4）蒸汽分率）蒸汽分率 Vapor fractionVapor fraction （5 5）过热过热过热过热 度度 Degrees of Degrees of superheatingsuperheating （6 6）过过过过冷度冷度 Degrees of subcoolingDegrees of subcooling （7 7）热负热负热负热负 荷荷 Heat dutyHeat duty HeaterHeater 模型参数模型参数 HeaterHeater模型有两模型有两组组组组模型模型设设设设定参数定参数 ： 从中任选两项从中任选两项
5、 HeaterHeater 模型参数模型参数（2 2） 2 2、有效相有效相态态态态 ( ( Valid PhaseValid Phase ) ) （1 1）蒸汽）蒸汽（2 2）液体）液体 （3 3） 固体固体（4 4）汽）汽液液 （5 5） 汽汽液液液液（6 6）液）液游离水游离水 （7 7） 汽汽液液游离水游离水 HeaterHeater 模型参数模型参数（3 3） HeaterHeater模型有两模型有两组组组组模型模型设设设设定参数定参数： HeaterHeater 模型参数模型参数（4 4） 温度温度2020、压压压压力力0.41 0.41 MPaMPa、 流量流量4000 4000
6、 kg/hrkg/hr 的的软软软软水在水在锅锅锅锅炉中炉中 加加热热热热成成为为为为0.39 0.39 MPaMPa的的饱饱饱饱和水蒸气和水蒸气 进进进进入生蒸汽入生蒸汽总总总总管。求所需的管。求所需的锅锅锅锅炉炉 供供热热热热量。量。 Heater Heater 应应用示例用示例 (1)(1) 流量流量为为为为1000 1000 kg/hr kg/hr （0.4 0.4 MPa MPa ）的）的饱饱饱饱和水蒸汽用蒸汽和水蒸汽用蒸汽过热过热过热过热 器加器加 热热热热到到过热过热过热过热 度度 100 100 （0.39 0.39 MPaMPa） ，求，求过热过热过热过热 蒸汽温度和所需供蒸
7、汽温度和所需供热热热热量量 。 Heater Heater 应应用示例用示例 (2)(2) 流量流量为为为为 1000 1000 kg/hrkg/hr、压压压压力力为为为为 0.11 0.11 MPaMPa、 含乙醇含乙醇70 70 %w%w、 水水 30 30 %w%w的的饱饱饱饱和蒸汽在蒸汽冷凝器和蒸汽在蒸汽冷凝器 中部分冷凝，冷凝物流的汽中部分冷凝，冷凝物流的汽/ /液比液比 （摩（摩尔尔）=1/3=1/3。求冷凝器。求冷凝器热负热负热负热负 荷荷 。 HeaterHeater 应应用示例用示例 (3)(3) 案例研究案例研究( (Case Case StudyStudy) )是是ASP
8、EN ASPEN PlusPlus 提供的模型分析工具提供的模型分析工具( (Model Model Analysis Analysis ToolsTools) )之一。当需要之一。当需要对对对对多个不同的工况条多个不同的工况条 件的件的结结结结果果进进进进行比行比较时较时较时较时 ，尤其是不同工况有，尤其是不同工况有 多个且数目不等的参数需要改多个且数目不等的参数需要改变时变时变时变时 ，案例，案例 研究工具提供了非常方便的手段研究工具提供了非常方便的手段: : 一次一次输输输输入入 所有工况的参数所有工况的参数值值值值，通，通过过过过批批处处处处理运行方式理运行方式 计计计计算出全部算出全
9、部结结结结果，自果，自动输动输动输动输 出到出到结结结结果文件中果文件中 。 Case Study Case Study 案例研究案例研究 Case StudyCase Study 案例研究案例研究（2 2） Case StudyCase Study 参数定参数定义义 首先在改首先在改变变变变( (VaryVary) )表表单单单单中定中定义义义义不不 同案例中需要改同案例中需要改变变变变的的变变变变量：量： 使用使用变变变变量序号量序号( (Variable Variable numbernumber) )下拉下拉 框中的新建框中的新建( (newnew) )选项选项选项选项 增添新的增添新
10、的变变变变量；量； 使用使用调节变调节变调节变调节变 量量( (Manipulated Manipulated variablevariable) ) 栏栏栏栏中的一中的一组组组组下拉框下拉框设设设设定每一个定每一个变变变变量的量的 定定义义义义。 Case StudyCase Study参数定参数定义义（2 2） Case StudyCase Study 参数参数赋值赋值 然后在 然后在规规规规定定( (SpecificationSpecification) )表 表单单单单 中定中定义义义义不同案例中不同案例中调节变调节变调节变调节变 量的量的值值值值： 使用案例序号使用案例序号( (Ca
11、se Case numbernumber) )下拉框中下拉框中 的新建的新建( (newnew) )选项选项选项选项 增添新的案例；增添新的案例； 在在调节变调节变调节变调节变 量量值值值值( (Values Values of of manipulated manipulated variablevariable) )表的表的单单单单元格中按元格中按顺顺顺顺序序输输输输入相入相 应应应应案例里每一个案例里每一个调节变调节变调节变调节变 量的量的给给给给定定值值值值。 Case StudyCase Study 参数参数赋值赋值（2 2） Case StudyCase Study 批批处处理运行
12、理运行 完成案例定完成案例定义义义义后，从窗口的后，从窗口的级联级联级联级联 式菜式菜单单单单中中选择选择选择选择 “ “运行运行批批处处处处理理提交提交 ” ”命令命令 RunBatchSubmitRunBatchSubmit 并在并在弹弹弹弹出的出的对话对话对话对话 框中框中设设设设定运行代号定运行代号 (RunID)(RunID)，运行，运行结结结结果果输输输输出文件将采用出文件将采用 运行代号作运行代号作为为为为文件名。文件名。 Case StudyCase Study批批处处理运行理运行（2 2） Case StudyCase Study批批处处理运行理运行（3 3） Case St
13、udyCase Study 结结果果查查看看 案例研究的模案例研究的模拟结拟结拟结拟结 果采用文件果采用文件 输输输输出，不能直接从出，不能直接从图图图图形用形用户户户户界面中界面中 查查查查看。看。 运行完成后，会在工作目运行完成后，会在工作目录录录录下自下自动动动动生生 成成输输输输入入( (*.inp*.inp) )、状、状态态态态( (*.sta*.sta) )、简汇简汇简汇简汇 ( (*.sum*.sum) )和和输输输输出出( (*.out*.out) ) 四个文本文件四个文本文件 ，结结结结果数据在果数据在* *.out.out文件中，可用文本文件中，可用文本 编辑软编辑软编辑软
14、编辑软 件打开件打开查查查查看和看和编辑编辑编辑编辑 。 流量流量为为为为 100 100 kg/hrkg/hr、压压压压力力为为 为为 0.2 0.2 MPaMPa、温度、温度为为为为20 20 的丙的丙酮酮酮酮通通 过过过过一一电电电电加加热热热热器。当加器。当加热热热热功率分功率分 别为别为别为别为 2 2 kWkW、5 5 kWkW、10 10 kW kW 和和 20 20 kW kW 时时时时，求出口物流的状，求出口物流的状态态态态。 Heater Heater 应应用示例用示例 (4)(4) HeaterHeater 物性物性计计算算 利用利用HeaterHeater模模块块块块可
15、以很方便地可以很方便地计计计计算混算混 合物在合物在给给给给定定热热热热力学状力学状态态态态下的各种物性数据下的各种物性数据 ，如泡点、露点、，如泡点、露点、饱饱饱饱和蒸汽和蒸汽压压压压、密度、粘、密度、粘 度、度、热热热热容、容、导热导热导热导热 系数等等：只需将系数等等：只需将给给给给定定组组组组 成的物流成的物流导导导导入入HeaterHeater模模块块块块，根据，根据给给给给定的定的热热热热 力学状力学状态设态设态设态设 定定HeaterHeater的模型参数，并在的模型参数，并在总总总总 SetupSetup的的Report Report OptionsOptions中中设设设设定相定相应应应应的的输输输输出出 参数参数选项选项选项选项 即可。即可。 求压压力为为 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 Heater 应应用示例用示例 (5)(5) HeatXHeatX 换热
