ASPEN换热过程

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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。
• 用以表示金属的线径、板厚、管壁厚度，其与毫米之关系如下:
B.W.G 0000 000 00 0 1 2 3 4 5 6 毫米(mm) 11.5 10.8 9.65 8.63 7.62 7.21 6.58 6.04 5.59 5.15 B.W.G 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 毫米(mm) 4.57 4.19 3.76 3.4 3.05 2.77 2.41 2.11 1.83 1.65 B.W.G 毫米(mm)
t m t m,逆
—— 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
f P, R
P
t 2 t 1 冷流体实际温度变化 T 1 t 1 冷流体最大温度变化
T 1 T 2 热流体实际温度变化 R t 2 t 1 冷流体实际温度变化
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)
逆流 Countercurrent
并流
Cocurrent
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HeatX—LMTD校正
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
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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
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HeatX—计算类型
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
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HeatX—流动方向
Aspen Plus 换热过程
2013年8月11日星期日
1
换热器
模型
Heater HeatX MHeatX HXFlux Hetran*
说明
加热器或冷却器 两物流换热器 多物流换热器 对流给热换热器 BJAC Hetran 程 序界面 BJAC Aerotran 程序界面
目的
确定热和相态条件 两股物流的换热器 任何数量物流的换热器 对流换热过程模拟 管壳式换热器的设计和 模拟 空冷器的设计和模拟
用法
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 两股物流换热器、当知道管壳换热器 尺寸时可以进行核算. 多股热流和冷流换热器、两股物流换 热器 、LNG 换热器. 用于计算采用对流换热的热接收器与 热源之间的热传递 具有多种结构的管壳式换热器. 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.
HeatX 执行:
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
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HeatX 输入规定
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。
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HeatX—几何结构
管子壁厚
管子内径 管壁厚度 伯明翰线规
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HeatX—应用示例(1)
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、9.413m2
245.57℃、51034.7kcal/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。
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。)
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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
Aerotran*
ASPEN Plus 7.0以后改名为Aspen Exchanger Design and Rating
* Requires separate license
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:
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HeatX—详细计算
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 )
外壳直径：300 mm ，公称面积：10 m2， 管长：3m，管径：Ф19x2mm ，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
(
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 )
17 18 19 20 21 22 23 24 25
1.47 1.24 1.07 0.89 0.81 0.71 0.63 0.56 0.51
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HeatX—几何结构
折流板结构数据
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HeatX—应用示例(2)
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：
共 temperature decrease) 有 12 temperature approach) 个 选 degrees subcooling) 项
vapor fraction)
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HeatX—热物流出口温差
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HeatX—换热器设定
冷物流出口温度 (Cold stream outlet 冷物流出口温升 (Cold stream outlet 冷物流出口温差 (Cold stream outlet 冷物流出口过热度 (Cold stream outlet 冷物流出口蒸汽分率 (Cold stream outlet temperature)
共 temperature increase) 有 13 temperature approach)个 选 degrees superheat) 项
vapor fraction)
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HeatX—冷物流出口温差
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HeatX—换热器设定
热物流出口减冷物流进口温差
(Hot outlet - cold inlet temperature difference) (Hot inlet - cold outlet temperature difference)
热物流进口减冷物流出口温差
热负荷 (Exchanger duty)
共 有 13 个 选 项
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HeatX—简捷计算
压降( ssure 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
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: