换热器模拟实例教程Aspen_Plus
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
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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。
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2）计算类型
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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
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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
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冷凝器设计（2）
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冷凝器设计（3）
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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
Aspen Plus 使用介绍
Aspen Plus 使用介绍通过例题来了解Aspen Plus 使用。
例题：异丙苯合成工艺模拟异丙苯(C9H12)是合成染料、树脂的重要原料，可以由苯(C6H6)和丙烯(C3H6) 合成得到，具体的反应式如下：苯的流量为401bmol ／h~，丙烯的流量为401bmol ／h;反应器的热负荷和压力降均为零，丙烯的转化率90％；反应后的气体进入换热器降温冷却，换热器出口温度为130。
F 、压降为 O ．1psi 。
然后再进入压力为latm(1atm==101325Pa ，下同)、热负荷为0Btu ／h(1Btu=1055．06J ， 下同)的闪蒸器进行气液分离，液相作为产品直接引出，气相循环进入反应器，如图2-8。
用RK-SOA VE 进行热力学性质估算。
试用Aspen Plus 模拟该工艺过程，求液相产品的热力 学状态及各组分的流率。
模拟步骤如下：步骤一：启动Aspen启动方式：双击桌面快捷方式，或点击开始菜单。
提供用户信息（Account imfomation ） 首先出现图2-10界面，需选择空白模拟（Blank Simulation ）、模板（Template ）或打开已有模拟文件（Open an Existing Simulation ）。
如用模板启动，则进入图2-11界面，选英制单位的通用模板（General with English Units ）。
Aspen 提供的模板：空气分离、化学工艺、电解质、气体处理、一般工艺（广泛用于汽液平衡）、石油（石油化工）、医药、湿法冶金、固体、特种化工。
可用英制、米制作为缺省单位制。
新模拟时，需在Run Type 列表框中选运行类型，见图2-11。
运行类型：Flowsheet 、Property Estimation 、Property Analysis和 Data Regression本例选Flowsheet 。
文件File 的下拉菜单中选Save 或 Save As 保存文件。
ASPEN_PLUS_介绍及模拟实例
ASPEN PLUS的热力学模型（适用体系）
非理想体系——采用状态方程与活度系数相 结合的模型；
原油和调和馏分；
水相和非水相电解质溶液； 聚合物体系。
ASPEN PLUS的热力学模型（状态方程）
• • • • • • • • • • Benedict-Webb-Rubin-Lee-Starling（BWRS）； Hayden-O’Connell； 用于Hexamerization的氢-氟化物状态方程； 理想气体模型； Lee-Kesler（LK）； Lee-Kesler-Plocker； Peng-Robinson（PR）； 采用Wong-Sandler混合规则的SRK或PR； 采用修正的Huron-Vidal-2混合规则的SRK或PR； 用于聚合物的Sanchez-Lacombe模型。
• • • • • • API酸水方法； Braun K-10； Chao-Seader； Grayson-Streed； Kent-Eisenberg； 水蒸气表。
ASPEN PLUS的物性分析工具
• 物性常数估算方法：可用于分子结构或其他易测 量的物性常数（如正常沸点）估算其他物性计算 模型的常数。 • 数据回归系统：用于实验数据的分析和拟合。 • 物性分析系统：可以生成表格和曲线，如蒸汽压 曲线、相际线、t-p-x-y图等。 • 原油分析数据处理系统：用精馏曲线、相对密度 和其他物性曲线特征化原油物系。 • 电解质专家系统：对复杂的电解质体系可以自动 生成离子或相应的反应
目标：塔顶馏出物甲醇纯度>99.95wt%，塔 底水纯度>99.90wt%。
步骤
启动程序
选择单位制和运算类型
用户界面
1. Aspen Plus 的过程流程图
aspen换热器的模拟计算
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(simulation)选项时，需设定换热面积，模 块计算两股物流的出口状态。
第 18 页 第十八页，编辑于星期五：十点 三十二分。
第 19 页 第十九页，编辑于星期五：十点 三十二分。
练习1：将5t常温常压下苯（44%wt）、甲苯混合液加热到露点, 采用3bar蒸汽 ，需要多少kg蒸汽？
（不一定什么都需要Aspen来干）
第 3 页 第三页，编辑于星期五：十点 三十二分。
1.2.2物流换热器（HeatX）
特点：实现流程中两物流换热，需知道结构，不建议用在过程模拟中
1）输入规定
从挡板(Baffles)表单中进行选择并输 入有关参数。
第 15 页 第十五页，编辑于星期五：十点 三十二分。
圆缺挡板
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
Birmingham wire gauge
第 12 页 第十二页，编辑于星期五：十点 三十二分。
列管排列模式
第 13 页 第十三页，编辑于星期五：十点 三十二分。
管翅结构
对于翅片管，还需从管翅(Tube fins)表单中输入以下 参数：
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换热器模拟实例教程
Aspen plus换热器模拟概述换热器模块Heater加热器/冷却器确定出口物流的热和相态条件换热器，冷却器，阀门，与功有关的结果不需要时的泵和压缩机HeatX双物流换热器在两个物流之间换热两股物流的换热器当知道几何尺寸时核算管壳式换热器MHeatX 多物流换热器在多股物流之间换热多股热流和冷流换热器两股物流的换热器LNG换热器Hetran管壳式换热器与BJAC 管壳式换热器的接口程序管壳式换热器包括釜式再沸器Aerotran空冷换热器与BJAC 空气冷却换热器的接口程序错流式换热器包括空气冷却器HeatX换热器1.概述HeatX有两种简捷法和严格法计算模型。
简捷法（Shortcut）计算不需要换热器结构或几何尺寸数据，可以使用最少的输入量来模拟一个换热器。
Shortcut模型可进行设计模拟两种计算，其中设计计算依据工艺参数和总传热系数估算出传热面积。
严格法（Detailed）可以用换热器几何尺寸去估算传热膜系数、总传热系数、压降、对数平均温差校正因子等。
严格法核算模型对HeatX提供了较多的规定选项，但也需要较多的输入。
Detailed模型不能进行设计计算。
可以将HeatX 的Shortcut和Detailed结合完成换热器设计计算。
首先依据给定的设计条件用Shortcut 估算传热面积，然后依据Shortcut的计算结果用Detailed 进行核算。
在使用 HeatX 模型前，首先要弄清下面这些问题：（1）HeatX能够模拟的管壳换热器类型逆流和并流换热器；弓形隔板TEMA E, F, G, H, J和X壳换热器；圆形隔板TEMA E和F壳换热器；裸管和翅片管换热器。
（2）HeatX能够进行的计算全区域分析；传热和压降计算；显热、气泡状气化、凝结膜系数计算；内置的或用户定义的关联式。
（3）HeatX不能进行进行的计算机械震动分析计算；估算污垢系数。
（3）Hesttx需要的输入规定必须提供下述规定之一换热器面积或几何尺寸；换热器热负荷；热流或冷流的出口温度；在换热器两端之一处的接近温度；热流或冷流的过热度/过冷度；热流或冷流的气相分率（气相分率为 0 表饱和液相）；热流或冷流的温度变化。
Aspen Plus 换热器模拟
Aspen Plus 换热器模拟1.概述在Aspen plus 中换热器主要有以下几种：概述换热器模块Heater 加热器/冷却器确定出口物流的热和相态条件HeatX 双物流换热器在两个物流之间换热MHeatX 多物流换热器在多股物流之间换热Hetran 管壳式换热器与BJAC 管壳式换热器的接口程序Aerotran 空冷换热器与BJAC 空气冷却换热器的接口程序在本次模拟中选取Heatx换热器，HeatX有两种简捷法和严格法计算模型。
简捷法（Shortcut）计算不需要换热器结构或几何尺寸数据，可以使用最少的输入量来模拟一个换热器。
Shortcut模型可进行设计模拟两种计算，其中设计计算依据工艺参数和总传热系数估算出传热面积。
严格法（Detailed）可以用换热器几何尺寸去估算传热膜系数、总传热系数、压降、对数平均温差校正因子等。
严格法核算模型对HeatX提供了较多的规定选项，但也需要较多的输入。
Detailed模型不能进行设计计算。
可以将HeatX 的Shortcut和Detailed结合完成换热器设计计算。
首先依据给定的设计条件用Shortcut 估算传热面积，然后依据Shortcut的计算结果用Detailed 进行核算。
在使用 HeatX 模型前，首先要弄清下面这些问题：（1）HeatX能够模拟的管壳换热器类型逆流和并流换热器；弓形隔板TEMA E, F, G, H, J和X壳换热器；圆形隔板TEMA E和F壳换热器；裸管和翅片管换热器。
（2）HeatX能够进行的计算全区域分析；传热和压降计算；显热、气泡状气化、凝结膜系数计算；内置的或用户定义的关联式。
—（3）HeatX不能进行进行的计算机械震动分析计算；估算污垢系数。
（3）HeatX需要的输入规定，必须提供下述规定之一换热器面积或几何尺寸；换热器热负荷；热流或冷流的出口温度；在换热器两端之一处的接近温度；热流或冷流的过热度/过冷度；热流或冷流的气相分率（气相分率为 0 表饱和液相）；热流或冷流的温度变化。
ASPENPLUS介绍及模拟实例
ASPENPLUS介绍及模拟实例ASPENPLUS具有广泛的应用领域，包括石化、炼油、化肥、热力、制药、生化工程等。
它可以用于模拟各种化工过程，例如分离、混合、反应、蒸馏、液-液/气-液萃取、吸收、脱吸附、干燥等。
ASPENPLUS使用了一套成熟的计算方法和数学模型，可以准确地预测化工过程的性能指标，为工程师提供决策支持。
ASPENPLUS的建模过程包括定义组分、定义装置流程、定义物理特性、定义热力学模型、定义操作条件、定义单元操作、定义修正参数等。
用户可以根据具体的工艺流程需求，选择不同的模拟单元进行组合，以实现整个过程的模拟。
在模拟过程中，用户可以通过调整操作条件和设备参数，进行优化设计，以实现最佳的性能。
下面以丙烯酸酯生产过程为例，介绍ASPENPLUS的模拟实例。
丙烯酸酯是一种重要的化工原料，广泛应用于合成高分子材料、油墨、粘合剂等。
其主要生产过程是通过异丁烯与甲基丙烯酸酯在催化剂存在下进行反应生成。
为了实现丙烯酸酯的高选择性产率，需要优化反应过程的操作条件和装置结构。
首先，在ASPENPLUS中定义组分，包括异丁烯、甲基丙烯酸酯、丙烯酸酯和副产物。
然后，定义装置流程，包括进料反应器、分离塔和产品收集器。
接下来，定义物理特性，如温度、压力、流量等。
充分考虑物料的热力学性质，确保模拟过程的准确性。
在物理特性定义完成后，需要定义热力学模型。
根据反应过程的实际情况，选择适当的热力学模型，并确定模型参数。
在反应过程中，可以设置反应器的温度、压力和催化剂的用量，以及反应物的摩尔比例。
定义好热力学模型后，需要定义操作条件。
根据实际工艺需求，设置反应器的温度和压力，以及进料和产物的流量。
可以使用ASPENPLUS提供的优化算法，通过调整操作条件，实现产物选择性的优化。
最后，定义单元操作，包括进料反应器、分离塔和产品收集器的模型和参数。
分离塔的模型可以选择蒸馏、吸收或萃取等。
通过定义修正参数，可以对模拟过程进行细致的调整和修改，以实现更准确的模拟结果。
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
aspen换热器的模拟计算 ppt课件
设计结果：
– 两个换热器串联，3m2＋3m2＝6m2
– 直径159mm ，16×3000－－19mm管；4管程
– 设计余量14%。
核算（rating)
– 根据设计数据核算标准换热器是否能用
例2-3(1).exe
直径219mm，33×3000－－19mm； 1管程；面积2×5.7m2
直径325mm，68×2000－－19mm； 4管程；面积2×7.7m2
实际尺寸 Actual 内径 Inner diameter 外径 Outer diameter 厚度 Tube thickness
三选二
公称尺寸 Nominal 直径 Diameter BWG规格
Birmingham wire gauge
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列管排列模式
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管翅结构
对于翅片管，还需从管翅(Tube fins)表单中输入以 下参数：
c、结果有时不对，须仔细验证
练习2：演示3中，已知K=300、S=8，求冷热出口温度
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1.5详细计算(detailed) 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。
使用核算(rating)选项时，模块根据设定的换热要求 计算需要的换热面积。
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
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冷凝器设计（2）
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冷凝器设计（3）
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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