AspenPlus初级教程ModelsforHeatTransfer传热单元模型
aspen换热器的模拟计算
管子的几何尺寸
计算管侧膜系数和压降需要管束的几何尺寸。 对裸管换热器或低翅片管换热器
– 管子总数 Total number – 管子长度 Length – 管子直径 Diameter – 管子的排列 Pattern – 管子的材质 Material
第 11 页
管程参数
管程参数还有管尺寸(Tube size)， 可用两种方式输入：
Dynamic
规定动力学模拟的参数。
第4页
2）计算类型
第5页
1.3换热器结构参数说明
壳程类型 TEMA shell type
管程数
No. of tube passes
换热器方位 Exchanger orientation
密封条数 Number of sealing strip pairs
解：
– 已知热侧：2800kg/h，111－>50℃，组成甲苯98%
– 冷侧：5000kg/h，25℃进，组成：苯44%
– 污垢热阻：两侧均取0.0003
– 热侧走管程
– 进行设计（sizing）
例2-1(1).exe
– 数据导出
例2-2.exe
例2-1(2).exe
第 27 页
无相变换热器设计（2）
– 循环水2838℃
解：
– 污垢热阻：两侧均取0.0002
– 热侧走壳程
– 进行设计（sizing）
例3-1.exe
第 29 页
冷凝器设计（2）
第 30 页
冷凝器设计（3）
第 31 页
冷凝器设计（4）
核算：
– 直径325，56根，25×4500mm；2管程；19.3m2 – 直径325，57根，25×4500mm；1管程；19.7m2
第5讲 ASPEN PLUS 换热器的模拟
传热系数和膜系数
在Setup U Methods（设定传热系数方法） 页确定怎样计算传热系数，设定计算方法。 在简捷法核算模型中，HeatX模型不计算膜 系数，在严格法核算模型中，如果你在传 热系数计算方法中使用膜系数或换热器几 何尺寸，HeatX计算传热系数，使用：
hc = 冷流膜系数 hh = 热流膜系数
TEMA壳体类型
壳体尺寸
Geometry Shell页也包含了两个重要的壳 体尺寸：
壳体内径 壳体到管束的最大直径的环形面积
Outer Tube Limit 管束外层的最大直径 Shell Diameter 壳体直径 Shell to Bundle Clearance 壳层到管束的环形面积
折流挡板的几何尺寸
HeatX——圆缺挡板（3）
从 中 任 选 两 项
1、闪蒸规定 ( Flash specifications) 1、闪蒸规定 specifications) （1）温度 Temperature （1）温度 （2） 压力 Pressure （2） （3）温度改变 Temperature change （3）温度改变 （4）蒸汽分率 Vapor fraction （4）蒸汽分率 （5）过热度 Degrees of superheating （5）过热度 （6）过冷度 Degrees of subcooling （6）过冷度 （7）热负荷 Heat duty （7）热负荷
HeatX—详细计算 (2)
HeatX的简捷法核算与严格法核算比较
用Setup Specifications页上的 Calculation Type（核算类型）字段来规 定简捷法或严格法核算。 简捷法核算不需要换热器结构或几何尺寸 数据。 对于严格法核算模型，可以用换热器几何 尺寸去估算：
Aspen_plus热过程单元的仿真设计(二)(6讲)
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 (Vapor fraction)，以及换热器的热负 荷(Heat duty)。
HeatX —— 概况
(2)
HeatX——换热器详情
换热器详情表单给出了需要的换热器 面积(Required exchanger area) 、实际的换 热器面积(Actual exchanger area) 、清洁 (Clean)和结垢(Dirty)条件下的平均传热系 数(Avg. heat transfer coefficient)、校正后 的对数平均温差(LMTD corrected) 、热效 率 (Thermal effectiveness) 和 传 热 单 元 数 (Number of transfer units)等有用的信息。
对上例选用下述换热器进行详细核算：
外壳直径：325 mm ， 公称面积：10 m2， 管长：3 m ，管径： 192 mm ，管数：76 ， 排列方式：正三角，管程数：2 ，壳程数：1， 折流板间距：150 mm ， 折流板缺口高度：79 mm
HeatX—详细计算 (2)
HeatX— 详细计算 (3)
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 )
HeatX—— 详细计算 (4)
HeatX—— 详细计算 (5)
HeatX—— U-膜系数法
(2)
HeatX—几何结构
详细计算时需输入换热器的几何 结构参数。从数据浏览器左侧的目录 树中选择几何(Geometry)项目，然后 在右侧的壳程(Shell)、管程(Tubes)、 管翅(Tube fins)、挡板(Baffles)和管嘴 (Nozzles)表单中输入相应的数据。
化工流程模拟实训：Aspen_Plus教程_第6章换热器单元模拟
膜系数 Film confficients
简捷法使用准则 Yes
Default Yes No No
严格法使用准则 Yes Yes Yes
Default Yes
用户子程序 User-subroutine
No
Yes
6.2 换热器HeatX
Heatx 严格计算变量以及使用准则
6.2 换热器HeatX
Heatx 换热器的几何结构参数
壳程(Shell)表单中允许用户对以下参数进行设置：
壳程类型（TEMA shell type） 管程数（No. of tube passes） 换热器方位（Exchanger orientation） 密封条数（Number of sealing strippairs） 管程流向（Direction of tubeside flow） 壳内径（Inside shell diameter） 壳/管束间隙（Shell to bundle clearance） 串联壳程数（Number of shells in Series） 并联壳程数（Number of shells in Parallel）
6.2 换热器HeatX
Heatx的模型设定参数
在换热器中，流体走管程/壳程，下列几点可作为选择的 一般原则：
a) 不洁净或易结垢的液体宜在管程，方便清洗。 b) 腐蚀性流体宜在管程，以免管束和壳体同时受到腐蚀。 c) 压力高的流体宜在管内，以免壳体承受压力。 d) 饱和蒸汽宜走壳程，饱和蒸汽较清洁，表面传热系数与流速无关， 而且冷凝液易排出。 e) 流量小而粘度大的流体一般以壳程为宜。 f) 需要被冷却物料一般选壳程，便于散热。
化工模拟软件aspen plus第6章 换热器单元模拟
第6章换热器单元模拟作者：全本军孙兰义换热器单元模拟6.1 概述6.2 换热器Heater6.3 换热器HeatX6.1 概述1、如：开水锅炉、水杯、冰箱、空调等。
2、是许多工业部门广泛应用的通用工艺设备。
通常，在化工厂的建设中，换热器约占总投资的11％～40％。
换热器定义：换热器是用来改变物流热力学状态的传热设备。
Aspen Plus 换热器单元模块说明：模块说明功能适用对象Heater加热器或冷却器改变一股物流的热力学状态加热器、冷却器、仅涉及压力的泵、阀门或压缩机HeatX两股物流换热器模拟两股物流换热过程管壳式换热器、空冷气、板式换热器MHeatX 多股物流换热器模拟多股物流换热过程LNG 换热器等Heater模型用于模拟单股或多股物流，使其变成某一特定状态下的单股物流；也可通过设定条件来求已知组成物流的热力学状态。
Heater可以进行以下类型的单相或多相计算：1.求已知物流的泡点或者露点2.求已知物流的过热或者过冷的匹配温度3.计算物流达到某一状态所需热负荷4.模拟加热器（冷却器）或换热器的一侧5.模拟泵、压缩机、压缩机（仅改变压力，不涉及功率）进料物流（任意股）出口物流热流率（可选）热流率（可选）倾析水（可选）物料流热流入口至少一股物料流入口任意股热流可选的出口一股物料流出口一股热流可选的一股水倾析物流可选的 典型的Heater 流程连接图Heater模型设定参数闪蒸规定(Flash specifications)有效相态(ValidPhase)温度Temperature蒸汽Vapor-Only压力Pressure液体Liquid-Only温度Temperature change固体Solid-Only蒸汽分率Vapor fraction汽-液Vapor-Liquid过热Degrees of superheating汽-液-液Vapor-Liquid-Liquid过冷Degrees of subcooling液-游离水Liquid-Freewater热负荷Heatduty汽-液-游离Vapor-Liquid-Freewater Heater模型有两组模型设定参数：闪蒸规定与有效相态注意：指定压力(Pressure)，当指定值>0时，代表出口的绝对压力值；当指定值≤0，代表出口相对于进口的压力降低值。
化工模拟软件aspen plus第6章 换热器单元模拟
第6章换热器单元模拟作者：全本军孙兰义换热器单元模拟6.1 概述6.2 换热器Heater6.3 换热器HeatX6.1 概述1、如：开水锅炉、水杯、冰箱、空调等。
2、是许多工业部门广泛应用的通用工艺设备。
通常，在化工厂的建设中，换热器约占总投资的11％～ 40％ 。
换热器定义：换热器是用来改变物流热力学状态的传热设备。
Aspen Plus 换热器单元模块说明：模块 说明 功能 适用对象 Heater加热器或冷却器 改变一股物流的热力学状态 加热器、冷却器、仅涉及压力的泵、阀门或压缩机 HeatX 两股物流换热器 模拟两股物流换热过程管壳式换热器、空冷气、板式换热器 MHeatX 多股物流换热器模拟多股物流换热过程 LNG 换热器等Heater 模型用于模拟单股或多股物流，使其变成某一特定状态下的单股物流；也可通过设定条件来求已知组成物流的热力学状态。
Heater可以进行以下类型的单相或多相计算：1.求已知物流的泡点或者露点2.求已知物流的过热或者过冷的匹配温度3.计算物流达到某一状态所需热负荷4.模拟加热器（冷却器）或换热器的一侧5.模拟泵、压缩机、压缩机（仅改变压力，不涉及功率）进料物流（任意股）出口物流热流率（可选）热流率（可选）倾析水（可选）物料流热流 入口至少一股物料流入口任意股热流可选的 出口一股物料流出口一股热流可选的一股水倾析物流可选的 典型的Heater 流程连接图Heater模型设定参数闪蒸规定(Flash specifications)有效相态(ValidPhase)温度 Temperature 蒸汽 Vapor-Only压力 Pressure 液体 Liquid-Only温度 Temperature change 固体 Solid-Only蒸汽分率 Vapor fraction 汽-液 Vapor-Liquid过热 Degrees of superheating 汽-液-液 Vapor-Liquid-Liquid过冷 Degrees of subcooling 液-游离水 Liquid-Freewater热负荷 Heatduty 汽-液-游离 Vapor-Liquid-Freewater Heater模型有两组模型设定参数：闪蒸规定与有效相态注意：指定压力(Pressure)，当指定值>0时，代表出口的绝对压力值；当指定值≤0，代表出口相对于进口的压力降低值。
Aspen Plus 初级课程
Aspen Plus 初级课程1、Aspen Plus 简介Advanced System for Process Engineering 1976~1981年由MIT主持、能源部资助、55 个高校和公司参与开发。
基于序贯模块法的稳态过程模拟软件。
1773种有机物、2450种无机物、3314种固体物、900种水溶电解质的基本物性参数。
丰富的状态方程和活度系数方法。
2、Aspen Plus 基本概念用户界面（User Interface)。
流程图（Flowsheet）。
模型库（Model Library）。
数据浏览器（Data Browser）。
流股（Stream）。
模块（Block）。
3、使用Aspen Plus的基本步骤1）启动User Interface2）选用Template3）选用单元操作模块：Model Blocks4）连结流股：Streams5）设定全局特性：Setup Global Specifications6）输入化学组分信息Components7）选用物性计算方法和模型Property Methods & Models 8）输入外部流股信息External Steams9）输入单元模块参数Block Specifications10）运行模拟过程Run Project11）查看结果View of Results12）输出报告文件Export Report13）保存模拟项目Save Project14）退出Exit4、选用Template1）Simulations：根据过程类型和拟用的单位制选用，最常用的是：General with Metric Units2）Run Type 过程仿真用Flowsheet5、设置全局特性Setup Globe Spec1）标题Title2）度量单位Units of Measurement 输入数据Input data 输出结果Output results3）全局设定Global Settings 流量基准Flow basis 大气压力Ambient pressure有效物态Valid phases 游离水计算Use free water calcula tion6、输入化学组分信息1）每个组分必须有唯一的ID2）组分可用英文名称或分子式输入3）利用弹出对话框区别同分异构体7、选用物性计算方法和模型过程类型Process type 基础方法Base method亨利组分Henry components8、输入外部流股信息每一股外部流股都必须输入信息状态变量：温度、压力、流量组成：表达基准、数值9、输入单元模块参数每一各单元模块都必须输入模型参数模型参数的数量因模型而异，请认真理解其物理意义。
Aspenplus模拟第五讲+第六讲热过程单元的仿真设计
Heater — 应用示例 (4)
流量为 100 kg/hr、压力为 0.2 MPa、温度为20 ℃的丙酮通 过一电加热器。当加热功率分别 为 2 kW、5 kW、10 kW 和 20 kW 时，求出口物流的状态。
Heater — 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、饱和蒸汽压、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Report Options中设定相应的输出参数选 项即可。
Heater 模型的连接图如下：
Heater — 模型参数
Heater模型有两组模型设定参数：
从 中 任
1、闪蒸规定 ( Flash specifications) （1）温度 Temperature （2） 压力 Pressure
选
（3）温度改变 Temperature change
两
（4）蒸汽分率 Vapor fraction
（2）液体
（3） 固体
（4）汽—液
（5） 汽—液—液 （6）液—游离水
（7） 汽—液—游离水
Heater — 模型参数（4）
Heater — 应用示例 (1)
温度20℃、压力0.41 MPa、 流量4000 kg/hr 的软水在锅炉中 加热成为0.39 MPa的饱和水蒸气 进入生蒸汽总管。求所需的锅炉 供热量。
Case Study — 案例研究
案例研究(Case Study)是ASPEN Plus 提供的模型分析工具(Model Analysis Tools) 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。
第4讲 ASPEN PLUS 换热器的模拟及HTFS的使用 ASPEN与化工过程模拟培训课件
Default No
在严格法模型 中可采用
Yes Default Yes
Yes Yes Yes Yes Default Yes
Yes Yes Yes Default
Yes Default
5.3.2 换热器计算方程
换热器的标准方程是： Q = U × A× LMTD 这里LMTD是对数平均温差，此方程用于纯逆流 流动的换热器。
HeatX——圆缺挡板（2）
圆缺挡板需输入以下参数： 所有壳程中的挡板总数 No. of baffles, all passes 挡板切割分率 Baffle cut (fraction of shell diameter) 管板到第一挡板的间距 Tubesheet to 1st baffle spacing 挡板间距 Baffle to baffle spacing 壳壁/挡板间隙 Shell-baffle clearance 管壁/挡板间隙 Tube-baffle clearance
5.3 两股物流的换热器
功能：在两个物流之间换热
用途：当知道几何尺寸时，对管壳式换热器 进行设计、核算、模拟
HeatX输入规定
窗口名称 Setup
Options Geometry User
Subroutines Hot-Hcurves Cold-Hcurves Block Options Results Detailed Results Dynamic
在简捷法核算模型中，HeatX模型不计算膜
系数，在严格法核算模型中，如果你在传
热系数计算方法中使用膜系数或换热器几
何尺寸，HeatX计算传热系数，使用：
hc = 冷流膜系数
1=1+1
Aspen_plus_热过程单元的仿真设计(一)(5讲)
HeatX—计算类型（2）
HeatX—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。
Heater — 应用示例 (4)
流量为 100 kg/hr、压力为 0.2 MPa、温度为20 ℃的丙酮通 过一电加热器。当加热功率分别 为 2 kW、5 kW、10 kW 和 20 kW 时，求出口物流的状态。
Heater — 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、饱和蒸汽压、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Report Options中设定相应的输出参数选 项即可。
Heater 加热器模型（2）
Heater —— 连接
Heater 模型的连接图如下：
Heater — 模型参数
Heater模型有两组模型设定参数：
从 中 任 选 两 项
1、闪蒸规定 ( Flash specifications) （1）温度 Temperature （2） 压力 Pressure （3）温度改变 Temperature change （4）蒸汽分率 Vapor fraction （5）过热度 Degrees of superheating （6）过冷度 Degrees of subcooling （7）热负荷 Heat duty
CAPD基础 第五讲