化工CAD基础 第三讲第三讲Simulation Design of Simulation Design of Thermal Processes Thermal Processes 热过程单元的仿真设计热过程单元的仿真设计传热单元模型的分类1.加热器 Heater2.换热器 HeatX3.多物流换热器 MHeatX4.热通量换热器 HXFlux传热单元归属换热器类传热单元归属换热器类(Heat Exchangers)，共共7种模型，种模型，AspenPlus内部用的有内部用的有4种，其种，其余余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：传热单元模型的分类 (2)(2)Heater 加热器模型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.加热器加热器2.冷却器冷却器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.泵（仅改变压力，不涉及功率）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）压缩机（仅改变压力，不涉及功率）Heater 加热器模型（2）Heater 连接Heater 模型的连接图如下：1 1、闪蒸规定闪蒸规定闪蒸规定闪蒸规定 ( ( ( ( Flash specificationsFlash specifications) ) ) ) （1 1）温度）温度）温度）温度 TemperatureTemperatureTemperature （2 2） 压力压力 PressurePressurePressure （3 3）温度改变温度改变温度改变温度改变 Temperature changeTemperature changeTemperature change （4 4）蒸汽分率）蒸汽分率）蒸汽分率）蒸汽分率 Vapor fractionVapor fractionVapor fraction （5 5）过热度）过热度）过热度）过热度 Degrees of superheatingDegrees of superheatingDegrees of superheating （6 6）过冷度）过冷度）过冷度）过冷度 Degrees of subcoolingDegrees of subcoolingDegrees of subcooling （7 7）热负荷）热负荷）热负荷）热负荷 Heat dutyHeat dutyHeat dutyHeater 模型参数Heater模型有两组模型设定参数：模型有两组模型设定参数：从从中中任任选选两两项项Heater 模型参数（2）2、有效相态有效相态 ( ( Valid Phase ) )（1）蒸汽）蒸汽（2）液体）液体（3） 固体固体（4）汽）汽液液（5） 汽汽液液液液（6）液）液游离水游离水（7） 汽汽液液游离水游离水Heater 模型参数（3）Heater模型有两组模型有两组模型设定参数模型设定参数：Heater 模型参数（4） 温温度度20、压压力力0.41 MPa、流流量量4000 kg/hr 的的软软水水在在锅锅炉炉中中加加热热成成为为0.39 MPa的的饱饱和和水水蒸蒸气气进进入入生生蒸蒸汽汽总总管管。
求求所需的锅炉供热量所需的锅炉供热量Heater 应用示例 (1) 流流量量为为1000 kg/hr （0.4 MPa ）的的饱饱和和水水蒸蒸汽汽用用蒸蒸汽汽过过热热器器加加热热到到过过热热度度 100 （0.39 MPa），求过热蒸汽温度和所需供热量求过热蒸汽温度和所需供热量 Heater 应用示例 (2) 流流量量为为 1000 kg/hr、压压力力为为 0.11 MPa、 含含乙乙醇醇70 %w、 水水30 %w的的饱饱和和蒸蒸汽汽在在蒸蒸汽汽冷冷凝凝器器中中部部分分冷冷凝凝，冷冷凝凝物物流流的的汽汽/液液比比（摩尔）（摩尔）=1/3求冷凝器热负荷求冷凝器热负荷 Heater 应用示例 (3) 求求压压力力为为 0.2 MPa，含含甲甲醇醇30%w、 乙乙 醇醇 20%w、 正正 丙丙 醇醇20%w、水水30%w 的的混混合合物物的的泡泡点和露点点和露点 Heater 应用示例 (5)HeatX 换热器模型1.逆流逆流/并流并流（Countercurrent / Cocurrent)2.折流板壳程折流板壳程（Segmental Baffle Shell)3.棍式挡板壳程棍式挡板壳程（Rod Baffle Shell)4.裸管裸管/低翅片管低翅片管（Bare/Low-finned Tubes)HeatX 模型用于模拟下述结模型用于模拟下述结构的管构的管壳式换热器：壳式换热器：计算两股物流之间的热量交换计算两股物流之间的热量交换。
HeatX 换热器模型（2）HeatX 连接HeatX 模型的连接图如下：1.计算类型 Calculation2.流动方式 Flow arrangement3.换热器设定 Exchanger specificationHeatX模型设定HeatX 的设定从规定(Specification) 表单着手，有三组设定参数：HeatX模型设定（2）计算栏目中有三个选项计算栏目中有三个选项计算栏目中有三个选项计算栏目中有三个选项： 1 1、简捷计算简捷计算简捷计算简捷计算 Short-cutShort-cut 2 2、详细计算详细计算详细计算详细计算 DetailedDetailed 3 3、HetranHetran 精确计算精确计算精确计算精确计算 Hetran RigorousHetran Rigorous 输出输出输出输出HetranHetran软件软件软件软件( (换热器设计专用软件换热器设计专用软件换热器设计专用软件换热器设计专用软件) )的输入文件供其精确计算的输入文件供其精确计算的输入文件供其精确计算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：下部的下拉式选择框中也有三个选项：下部的下拉式选择框中也有三个选项：下部的下拉式选择框中也有三个选项： 1 1、设计设计设计设计 DesignDesign 2 2、核算核算核算核算 RatingRating 3 3、模拟模拟模拟模拟 SimulationSimulation两组选项按下述方式配合使用：两组选项按下述方式配合使用：两组选项按下述方式配合使用：两组选项按下述方式配合使用：HeatX计算类型HeatX计算类型（2）1 1、简捷计算简捷计算简捷计算简捷计算 简捷计算只能与设计或模拟选项配合。
简捷简捷计算只能与设计或模拟选项配合简捷简捷计算只能与设计或模拟选项配合简捷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的几何结构对传热和压降的影计算不考虑换热器的几何结构对传热和压降的影计算不考虑换热器的几何结构对传热和压降的影计算不考虑换热器的几何结构对传热和压降的影响，人为给定传热系数响，人为给定传热系数响，人为给定传热系数响，人为给定传热系数和压降的数值和压降的数值和压降的数值和压降的数值 使用设计选项时，需设定热使用设计选项时，需设定热使用设计选项时，需设定热使用设计选项时，需设定热( (冷冷冷冷) )物流的出口物流的出口物流的出口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状态或换热负荷，模块计算达到指定换热要求所状态或换热负荷，模块计算达到指定换热要求所状态或换热负荷，模块计算达到指定换热要求所需的换热面积需的换热面积需的换热面积需的换热面积 使用模拟选项时，需设定换热面积，模块计使用模拟选项时，需设定换热面积，模块计使用模拟选项时，需设定换热面积，模块计使用模拟选项时，需设定换热面积，模块计算两股物流的出口状态算两股物流的出口状态算两股物流的出口状态算两股物流的出口状态。
HeatX计算类型2 2、详细计算详细计算详细计算详细计算 详细计算只能与核算或模拟选项配合详细详细计算只能与核算或模拟选项配合详细详细计算只能与核算或模拟选项配合详细详细计算只能与核算或模拟选项配合详细计算可根据给定的换热器几何结构和流动情况计计算可根据给定的换热器几何结构和流动情况计计算可根据给定的换热器几何结构和流动情况计计算可根据给定的换热器几何结构和流动情况计算实际的换热面积、传热系数、对数平均温度校算实际的换热面积、传热系数、对数平均温度校算实际的换热面积、传热系数、对数平均温度校算实际的换热面积、传热系数、对数平均温度校正因子和压降正因子和压降正因子和压降正因子和压降 使用核算选项时，模块根据设定的换热要求使用核算选项时，模块根据设定的换热要求使用核算选项时，模块根据设定的换热要求使用核算选项时，模块根据设定的换热要求计算需要的换热面积计算需要的换热面积计算需要的换热面积计算需要的换热面积 使用模拟选项时，模块根据实际的换热面积使用模拟选项时，模块根据实际的换热面积使用模拟选项时，模块根据实际的换热面积使用模拟选项时，模块根据实际的换热面积计算两股物流的出口状态计算两股物流的出口状态。
计算两股物流的出口状态计算两股物流的出口状态HeatX计算类型流动方式设定包括：流动方式设定包括：1、热流体、热流体(Hot fluid)流动空间：流动空间： 壳程壳程 (Shell) /管程管程 (Tube)2、流动方向、流动方向(Flow direction)： 逆流逆流 (Countercurrent) 并流并流 (Co-current) 多管程流动多管程流动 (Multiple passes)HeatX流动方式HeatX流动方式 (2)(2)1、逆流、逆流 CountercurrentHeatX 流动方向2、并流、并流 Cocurrent1. 1.热物流出口温度热物流出口温度热物流出口温度热物流出口温度 (Hot stream outlet temperature)(Hot stream outlet temperature)2. 2.热物流出口温降热物流出口温降热物流出口温降热物流出口温降 (Hot stream outlet temperature decrease)(Hot stream outlet temperature decrease)3. 3.热物流出口温差热物流出口温差热物流出口温差热物流出口温差 (Hot stream outlet temperature approach)(Hot stream outlet temperature approach)4. 4.热物流出口过冷度热物流出口过冷度热物流出口过冷度热物流出口过冷度 (Hot stream outlet degrees subcooling)(Hot stream outlet degrees subcooling)5. 5.热物流出口蒸汽分率热物流出口蒸汽分率热物流出口蒸汽分率热物流出口蒸汽分率 (Hot stream outlet vapor fraction)(Hot stream outlet vapor fraction)HeatX 换热器设定共共有有13个个选选项项HeatX 热物流出口温差 6. 6.冷物流出口温度冷物流出口温度冷物流出口温度冷物流出口温度 (Cold stream outlet temperature)(Cold stream outlet temperature)7. 7.冷物流出口温升冷物流出口温升冷物流出口温升冷物流出口温升 (Cold stream outlet temperature increase)(Cold stream outlet temperature increase)8. 8.冷物流出口温差冷物流出口温差冷物流出口温差冷物流出口温差 (Cold stream outlet temperature approach)(Cold stream outlet temperature approach)9. 9.冷物流出口过热度冷物流出口过热度冷物。