Click to edit Master text styles,,Second level,,Third level,,Fourth level,,Fifth level,,,Click to edit Master title style,,*,,Aspen Plus,换热过程,9/12/2024,1,,换热器,*,Requires separate license,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*,BJAC Hetran,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*,BJAC Aerotran,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,.,ASPEN Plus 7.0,以后改名为,Aspen Exchanger Design and Rating,2,,操作,Heater,Heater,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),3,,Heater,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,4,,Heater,－ 连接,Heater,,模型的连接图如下,：,5,,Heater,,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),6,,Heater,应用示例,(1),20℃,、,0.41MPa,、,4000 kg/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求所需的锅炉供热量2.56004E+06Kcal/hr,,,1000 kg/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,℃,、,51034.7,kcal/hr,7,,Heater,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：,0,8,,HeatX—,连接,HeatX,,模型的连接图如下：,9,,操作,HeatX,HeatX,能模拟如下管壳换热器类型:,,逆流和并流,,弓形隔板,TEMA E, F, G, H, J,和,X,壳,,圆形隔板,TEMA E,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,10,,操作,HeatX,HeatX,不能:,,进行设计计算,,进行机械震动分析,,估算污垢系数,11,,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,12,,HeatX,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,13,,HeatX,模型有四组设定参数：,,计算类型,Calculation type,,流动方向,Flow direction,,对数平均温差校正,LMTD correction,,换热器设定,Exchanger specification,HeatX,—,模型参数,14,,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,15,,逆流,,Countercurrent,,,,,,并流,,Cocurrent,HeatX—,流动方向,16,,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-subr,,HeatX—LMTD,校正,17,,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,18,,传热温差：推动力,温差修正曲线,,＜1(,,t,m,＜,,t,m,,,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,19,,热物流出口温度,(Hot stream outlet temperature),,热物流出口温降,(Hot stream outlet temperature decrease),,热物流出口温差,(Hot stream outlet temperature approach),,热物流出口过冷度,(Hot stream outlet degrees subcooling),,热物流出口蒸汽分率,(Hot stream outlet vapor fraction),,HeatX—,换热器设定,共,,有,,12,,个,,选,,项,20,,HeatX—,热物流出口温差,,21,,冷物流出口温度,(Cold stream outlet temperature),,冷物流出口温升,(Cold stream outlet temperature increase),,冷物流出口温差,(Cold stream outlet temperature approach),,冷物流出口过热度,(Cold stream outlet degrees superheat),,冷物流出口蒸汽分率,(Cold stream outlet vapor fraction),,HeatX—,换热器设定,共,,有,,13,,个,,选,,项,22,,HeatX—,冷物流出口温差,23,,热物流出口减冷物流进口温差,(Hot,outlet - cold inlet temperature difference,),,热物流进口减冷物流出口温差,(Hot inlet - cold outlet temperature difference),,热负荷 (Exchanger duty),,,HeatX—,换热器设定,共,,有,,13,,个,,选,,项,24,,压降,( Pressure Drop ),,分别指定热侧和冷侧的出口压力,( Outlet pressure ),,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,(U methods),,常数(Constant),,相态法(Phase specific values),,分别指定冷热两侧不同相态组合下的传热系数,,幂函数(Power law expression),,U=Uref(Flow/Flowref)^exponent,HeatX—,简捷计算,25,,HeatX—,U-相态法,26,,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,NRTL,,109.,8℃,、气相、,9.413m,2,,HeatX—,应用示例,(1),,27,,压降,( Pressure Drop ),,分别指定热侧和冷侧的出口压力,( Outlet pressure ),,根据几何结构计算,( Calculated from geometry ),,依据流体关联式计算压降管侧压降,( Flow-dependent correlation ),,,总传热系数方法,( U methods ),,常数,( Constant ),,相态法,( Phase specific values ),,幂函数,( Power law expression ),,换热器几何结构,( Exchanger Geometry ),,传热膜系数,( Film coefficients ),,用户子程序,( User-subroutine ),HeatX—,详细计算,28,,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,29,,壳层－,TEMA,类型,HeatX—,几何结构,30,,HeatX—,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,31,,HeatX—,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32,,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,:,HeatX—,几何结构,33,,HeatX—,几何结构,折流板结构数据,34,,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：,300 mm,，公称面积：,10 m,2,，,,管长：,3m,，管径：,Ф,19x2mm,，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：,150 mm,，个数：,19,,折流板缺口高度：,79 mm,,壳层接管直径：进口,200mm,、出口,200mm,,管程接管直径：进口,32mm,、出口,38mm,HeatX—,应用示例,(2),,35,,HeatX,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,导致的流程复杂用两个换热器,(,与热流股、,Fortran,模块或设计规定相匹配) 。
36,,两个,Heaters,,与一个,HeatX,相对,37,,练习：,HeatX,烃物流,,温度: 200,℃,,压力: 4,bar,,流量: 10000,kg/hr,,百分组成: 50,wt%,苯, 20% 苯乙烯,(,styrene,,C8C8), 20%,乙苯,(,ethylbenzene,,C8H10),和 10% 水,,冷却水,,温度: 20,℃,,,压力: 10,bar,,流量: 50000,kg/hr,,百分组成: 100% 水,目的: 比较用三种方法模拟用水冷却混合烃: 一个是简捷,HeatX,、一个是严格,HeatX,和连接一个热流股的两个,Heater38,,练习：,HeatX,对于烃物流用,RK-Soave,物性方法,39,,练习：,HeatX,,简捷法,,HeatX,,模拟:,,烃出口汽化分率为0.1,,两物流无压降,,两个,Heater,,模拟:,,用与简捷法,HeatX,模拟同样的规定,,严格,,HeatX,,模拟:,,壳程烃出口汽化分率为 0.1,,壳程直径 1,m,,管程数为4,,裸管600 根, 6,m,长、 管心距 31,mm、,内径21,mm、,外径25,mm,,所有管嘴：100,mm,,隔板5个、 切削15%,,40,,Thank You !,9/12/2024,41,,。