第1页换热器• Aspen中的单元操作模型 • 混合器/分流器（Mixers/Splitters） • 分离器(Separators) • 换热器(Heat Exchangers) • 塔(Columns) • 反应器(Reactors) • 压力变换器(Pressure Changers) • 操作器(Manipulators) • 固体(Solids) • 用户模型(Users) • 概念设计(Conceptual Design)第2页换热器换热器又可分为：ØHeater（加热器或冷却器）ØHeatX4 ) 一个严格算法换热器HeaterX热物流有效相为气-液-液严格算法换热器的几何尺寸：壳程直径1m；单管程裸管 300根；管长3m,管间距31mm,管内径 21mm,管外径25mm, 换热器进出口接管的管径100mm,5块折流板，折流板的切 削比为15%物料条件见下页换热器--- 例题2 第26 页换热器--- 例题2 Ø烃类混合物流股 ü温度: 200 0C；压力: 4 bar ü流量: 10000 kg/hr ü质量百分组成: 50 % 苯, 20% 苯乙烯, 20% 乙苯 和 10% 水 Ø冷却水 ü温度: 20 0C；压力: 10 bar ü流量: 50000 kg/hr ü质量百分组成: 100% 水。
烃类混合物均以饱和液体离开换热器 物性方法:NRTL-RK第27 页Ø 2）中冷却水条件Ø冷却水Ø进口条件： 60℉，50PsiaØ出口条件：95 ℉，45PsiaØ成本：0.0001$/lbØ计算过程所需冷却水量换热器--- 例题2 第28 页换热器--- 例题2 1）两个连接一热流股的Heater换热器联用流程图第29 页换热器--- 例题2 1）两个连接一热流股的Heater换热器联用两个换热器的设置加热器（冷流股换热器）的设置第30 页换热器--- 例题2 1）两个连接一热流股的Heater换热器联用冷却器（热流股换热器)的设置第31 页换热器--- 例题2 1) 两个连接个热流股的Heater换热器联用加热器（冷流股换热器）的计算结果第32 页换热器--- 例题2 1) 两个各连接一个热流股的Heater换热器联用冷却器（热流股换热器）的计算结果第33 页换热器--- 例题2 2）冷却水Heater作为公用工程第34 页换热器--- 例题2 2）冷却水Heater作为公用工程第35 页换热器--- 例题2 2）冷却水Heater作为公用工程---计算结果第36 页换热器--- 例题2 3） 简捷算法计算换热器流程图第37 页换热器--- 例题2 3 ）简捷算法计算换热器换热器Heatx设置第38 页换热器--- 例题2 3 ）简捷算法计算换热器换热器Heatx计算结果第39 页换热器--- 例题2 4 ）严格算法计算换热器流程图（利用Manipulator/Dupl模块进行物流复制)第40 页换热器--- 例题2 4 ）严格算法计算换热器计算结果第41 页换热器--- 例题2 4 ）严格算法计算换热器主要的规定设置 Setup/specification第42 页换热器--- 例题2 4 ）严格算法计算换热器主要的规定设置 blocks/setup第43 页换热器--- 例题2 4 ）严格算法计算换热器主要的规定设置 blocks/geometry第44 页换热器--- 例题2 4 ）严格算法计算换热器主要的规定设置 blocks/geometry第45 页换热器--- 例题2 4 ）严格算法计算换热器主要的规定设置 blocks/geometry第46 页换热器--- 例题2 4 ）严格算法计算换热器主要的规定设置 blocks/geometry第47 页换热器--- 例题2 4 ）严格算法计算换热器A）将计算模式改为“Rating”，重新运行计算，可得到该条件下：需要换热面积： m2；实际换热面积： m2；剩余/不足面积： %；热流股出口温度： ℃；B）将计算模式重新改回“Simulation”，重新运行计算，得到热流股出口温度为： ℃第48 页换热器--- 例题2 5 ）通过例题1， ü练习Hcurves曲线的绘制；ü流股中物性数据的查看通过Results Summary文件夹下的streams查看流 股的性质。
如果所查找的物性数据没有，可通过 properties/pro-set新建物性集以露点为例说明，物性数据的查看第49 页换热器--- 例题2 通过Properties/pro-set新建物性集选择新建New第50 页换热器--- 例题2 通过Properties/pro-set新建物性集在Physical properties下查找所需要的物性名称，第51 页换热器--- 例题2 通过Properties/pro-set新建物性集在Physical properties下查找所需要的物性名称，第52 页换热器--- 例题2 通过Properties/pro-set新建物性集在Physical properties下查找所需要的物性名称，建 立物性集后，在setup/report options下选streams第53 页换热器--- 例题2 通过Properties/pro-set新建物性集在Physical properties下查找所需要的物性名称，建 立物性集后，在setup/report options下选streams选择property sets第54 页换热器--- 例题2 setup/report options下选streams， 选择property sets选择需要的物性集，运行，查看Results Summary文 件夹下的streams第55 页换热器--- 例题2附加Ø 为过程增加变量规定，计算当流股HCLD-OUT的温度指定为 35℃时，流股HCLD-IN的冷却水用量是多少？提示：可规定HCLD-IN的变化范围：50000-120000kg/h第56 页换热器--- 例题3【例题3】环己烷制备流程中，完成以下关于换热器的相关计算Part A： 为冷凝器添加公用工程1）添加冷凝水作为新的公用工程，并指定该流股的相应状态变量：Ø进口条件： 5.0 ℃，3.0 barØ出口条件：20.0 ℃，2.9 barØ购买价格：0.0005$/kg2）将该冷凝水流股与RADFRAC模块（流程中的“COLUMN” ）的冷凝器关联：COLUMN/SETUP/CONDERSER3）运行模拟计算第57 页换热器--- 例题3第58 页换热器--- 例题3---Part A---result第59 页换热器--- 例题3【例题3】环己烷制备流程中，完成以下关于换热器的相关计算 Part B： 为冷凝器进行严格核算 1）流程中添加“HeatX”模块，命名“COND”； 2） COND模块的热流股规定为自COLUMN模块引出的 PSEUDO流股，并在 COLUMN/Report/Pseudo Streams/下将 其指定为塔板2 气相流股第60 页换热器--- 例题3【例题3】环己烷制备流程中，完成以下关于换热器的相关计算 Part B： 为冷凝器进行严格核算 1）流程中添加“HeatX”模块，命名“COND”； 2） COND模块的热流股规定为自COLUMN模块引出的 PSEUDO流股，并在 COLUMN/Report/Pseudo Streams/下将 其指定为塔板2 气相流股； 3）将Part A的计算结果作为COND的冷流股进料； 4）将COND计算模式改为“RATING”，改变换热器规定项为 “EXCHANGER DUTY”；数值指定为COLUMN模块计算所得的冷凝器热负荷；第61 页换热器--- 例题3【例题3】环己烷制备流程中，完成以下关于换热器的相关计算 Part B： 为冷凝器进行严格核算 5）指定热流股走Shell（壳程）； 6）完成换热器的结构规定，其他项采用缺省规定。
具体见后页）第62 页换热器--- 例题3---换热器结构规定1第63 页换热器--- 例题3---换热器结构规定2第64 页换热器--- 例题3---换热器结构规定3第65 页换热器--- 例题3---换热器结构规定4第66 页换热器--- 例题3【例题3】环己烷制备流程中，完成以下关于换热器的相关计算 Part B： 为冷凝器进行严格核算 运行该模拟计算，尝试采用Broyden方法促进收敛性第67 页第68 页HeatX模块可以模拟各种壳管式换热器类型 Ø对大多数类型的双物流换热器进行简捷（Shortcut） 或严格的（Detailed）核算计算 Ø二者的区别是总的传热系数的计算方法 Ø规定：/Setup Specification /Calculation Type换热器--- HeatX第69 页• HeatX的简捷方法（Shortcut）Ø 采用用户规定（或缺省）总的传热系数值Ø 不需要换热器结构和几何尺寸数据，用户可以使用最 少的输入量来模拟一个换热器Ø 可以规定换热器每侧的压降，压降是恒定的Ø 模型根据能量平衡和物料平衡来确定出口物流状态， 并用一个常数值的传热系数来估算所需的换热面积， 用户也可提供特定的相传热系数。
换热器--- HeatX第70 页• HeatX的严格方法(Detailed) Ø 严格方法采用膜系数的严格热传递方程，并能合并由于壳程和管程侧膜所带来的管壁阻力，来计算总的传热系数Ø 用这种这种方法时需要知道几何尺寸Ø 严格法需要较多的输入选项在Setup/Pressure Drop 页上定压力选项来选择压降计 算换热器--- HeatX第71 页l HeatX不能进行下列计算ü不能进行设计计算（用Hetran，Aerotran）；ü不能进行机械振动分析；ü不能估算污垢热阻系数换热器--- HeatX第72 页l HeatX中的LMTD（对数平均温差）Ø 换热器方程通用形式为Q=UA.F.LMTDØ其中：F（Factor,校正因子）反映了流动偏离逆流流动的程度Ø用户在Setup Specifications页上用LMTD Correction Factor区域选择Ø简捷法LMTD校正因子是恒定的；Ø严格法可以选择Constant( F是常数）、Geometry( 采用换热器规定和物流性质计算）和User subroutine(用户提供一个子程序来计算）换热器--- HeatX第73 页l HeatX中LMTD（对数平均温差）换热器--- HeatX第74 页l HeatX中传热系数在setup/U Methods页设定计算方法。
Ø 简捷法和严格法中都提供以下三种方法：Øconstant value（常数）Ø Phase-specific values(指定冷、热相态，每个区域一个常数 )ØPowerLaw expression（传热系数的幂指数表达式）Ø 严格法另外提供了三种方法，Exchanger geome-try, Film coefficients（用膜系数来计算) 和User subroutine 换热器--- HeatX第75 页l HeatX中传热系数在Setup U Methods页设定计算方法换热器--- HeatX第76 页l HeatX严格法用膜系数计算传热系数的规定在Setup Film Coefficients页上Caluculation Method中选择计算方法系统提供的膜系数计算方法有： constant value（常数）, Phase-specific values（指明物流相态，固定膜系数）, PowerLaw expression（膜系数的幂指数表达式），Calculate from geometry等方法换热器---。