Aspen Plus 初级课程Models for Models for Heat Transfer Heat Transfer传热单元模型传热单元模型传热单元模型的分类1.Heater2.HeatX3.MHeatX4.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种种：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 连接Heater 模型的连接图如下：1 1、闪蒸指标闪蒸指标闪蒸指标闪蒸指标 ( ( ( ( Flash specificationsFlash specifications) ) ) )（1 1 1 1）温度温度温度温度（2 2 2 2） 压力压力（3 3）温度增量温度增量温度增量温度增量（4 4）蒸汽分率）蒸汽分率）蒸汽分率）蒸汽分率（5 5）过热度）过热度）过热度）过热度（5 5）过冷度）过冷度）过冷度）过冷度（7 7） 热负荷热负荷热负荷热负荷 从中任选从中任选从中任选从中任选 2 2 项项项项2、有效相态有效相态 ( ( Valid Phase ) )（1 1）蒸汽蒸汽（2 2）液体液体（3 3） 固体固体（4 4）汽）汽液液（5 5） 汽汽液液液液（6 6）液）液游离水游离水（7 7） 汽汽液液游离水游离水Heater 模型参数Heater模型模型有两组有两组模型设定模型设定参数参数：20、 0.41 MPa、4000 kg/hr 流流量的软水在锅炉中加热成为的饱量的软水在锅炉中加热成为的饱和水蒸气进入生蒸汽总管。求所和水蒸气进入生蒸汽总管。求所需的锅炉供热量。需的锅炉供热量。 Heater 应用示例 (1)1000 kg/hr （0.4 MPa ）的饱和的饱和水蒸汽用蒸汽过热器加热到过热水蒸汽用蒸汽过热器加热到过热度度 100 （0.39 MPa），），求过热求过热蒸汽温度和所需供热量。蒸汽温度和所需供热量。 Heater 应用示例 (2)流量为流量为 1000 kg/hr、压力为压力为 0.11 MPa、含乙醇含乙醇70 %w、水水30 %w的饱和蒸汽在蒸汽冷凝器中部分的饱和蒸汽在蒸汽冷凝器中部分冷凝，冷凝物流的汽冷凝，冷凝物流的汽/液比（摩尔）液比（摩尔）=1/3。求冷凝器热负荷。求冷凝器热负荷。 Heater 应用示例 (3)流量为流量为 100 kg/hr、压力为压力为 0.2 MPa、温度为温度为20 的丙酮通过的丙酮通过一电加热器。当加热功率分别一电加热器。当加热功率分别为为 2 kW、5 kW、10 kW 和和 20 kW 时，求出口物流的状态。时，求出口物流的状态。 Heater 应用示例 (4)求压力为求压力为 0.2 MPa，含甲醇含甲醇30 %w 、乙醇乙醇20 %w、正丙正丙醇醇20 %w、水水30 %w的混合的混合物的泡点和露点物的泡点和露点。 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：HeatX 连接HeatX 模型的连接图如下：1.计算类型计算类型 Calculation type2.流动方向流动方向 Flow direction3.对数平均温差校正对数平均温差校正 LMTD correction4.换热器设定换热器设定 Exchanger specificationHeatX模型参数HeatX 模型模型有四组设定参数：有四组设定参数：有两个选项：有两个选项： 1、简捷计算简捷计算 Short-cut 不考虑换热器的几何结构对传热和压不考虑换热器的几何结构对传热和压降的影响。降的影响。 2、详详细计算细计算 Detailed 根据换热器的几何结构和流场情况进根据换热器的几何结构和流场情况进行传热和压降计算。首先确定行传热和压降计算。首先确定 热侧热侧管程管程/ /壳程；冷侧壳程；冷侧管程管程/ /壳程壳程HeatX计算类型1、逆流、逆流 CountercurrentHeatX 流动方向2、并流、并流 Cocurrent有三个选项：有三个选项：1、常数、常数 Constant 由用户指定校正系数，可查手册。由用户指定校正系数，可查手册。2、几何结构、几何结构 Geometry 由软件根据换热器结构和流动情况计算。由软件根据换热器结构和流动情况计算。3、用户子程序、用户子程序 User-subrHeatX LMTD校正1. 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 (Hot stream outlet degrees subcoolingsubcooling) )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 (1)共共有有13个个选选项项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流出口过热度冷物流出口过热度 (Cold stream outlet degrees superheat)(Cold stream outlet degrees superheat)10.10.冷物流出口蒸汽分率冷物流出口蒸汽分率冷物流出口蒸汽分率冷物流出口蒸汽分率 (Cold stream outlet vapor fraction)(Cold stream outlet vapor fraction)HeatX 换热器设定 (2)11.11.传热面积传热面积传热面积传热面积 (Heat transfer area)(Heat transfer area)12.12.热负荷热负荷热负荷热负荷 (Exchanger duty)(Exchanger duty)13.13.几何条件几何条件几何条件几何条件 (Geometry)(Geometry)HeatX 换热器设定(3) HeatX 热物流出口温差 HeatX 冷物流出口温差 压降压降 ( Pressure Drop )分别指定热侧和冷侧的出口压力分别指定热侧和冷侧的出口压力分别指定热侧和冷侧的出口压力分别指定热侧和冷侧的出口压力 ( Outlet pressure )( Outlet pressure ) 指定值指定值指定值指定值 0 0，代表出口的绝对压力值，代表出口的绝对压力值，代表出口的绝对压力值，代表出口的绝对压力值 指定值指定值指定值指定值 0 0，代表出口相对于进口的压力降低值，代表出口相对于进口的压力降低值，代表出口相对于进口的压力降低值，代表出口相对于进口的压力降低值HeatX 简捷计算 总传热系数方法总传热系数方法 ( U methods )常数常数常数常数 (Constant)(Constant)相态法相态法相态法相态法 (Phase specific values)(Phase specific values) 幂函数幂函数幂函数幂函数 (Power law expression)(Power law expression) U= U=U Urefref(Flow/Flow(Flow/Flowrefref)exponent)exponent 压降压降 ( Pressure Drop )分别指定热侧和冷侧的出口压力分别指定热侧和冷侧的出口压力分别指定热侧和冷侧的出口压力分别指定热侧和冷侧的出口压力 ( Outlet pressure )( Outlet pressure ) 根据几何结构计算根据几何结构计算根据几何结构计算根据几何结构计算 ( Calculated from geometry )( Calculated from geometry ) 总传热系数方法总传热系数方法 ( U methods )常数常数常数常数 ( Constant )( Constant )相态法相态法相态法相态法 ( Phase specific values )( Phase specific values ) 幂函数幂函数幂函数幂函数 ( Power law expression )( Power law expression )几何结构几何结构几何结构几何结构 ( Exchanger Geometry )( Exchanger Geometry )传热膜系数传热膜系数传热膜系数传热膜系数 ( Film coefficients ) ( Film coefficients ) HeatX 详细计算 HeatX几何结构（壳程1） HeatX几何结构（壳程2） HeatX几何结构（挡板1） Segmental BaffleSegmental BaffleHeatX几何结构（挡板2） Rod BaffleRod BaffleHeatX几何结构（管程1） HeatX几何结构（管程2） 用用1200 kg/hr饱和水蒸汽饱和水蒸汽 (0.3 MPa)加加热热2000 kg/hr 甲醇甲醇 (20 、0.3 MPa)。离开换热器的蒸汽冷凝水压力为离开换热器的蒸汽冷凝水压力为0.28 MPa、过冷度为过冷度为2 。换热器传热系。换热器传热系数根据相态选择数根据相态选择。求甲醇出口温度、求甲醇出口温度、相态、需要的换热面积。相态、需要的换热面积。HeatX 应用示例 (1)对对上例选用下述换热器进行详细核算：上例选用下述换热器进行详细核算：外壳直径：外壳直径：325 mm ， 公称面积：公称面积：10 m2，管长：管长：3 m ，管径：，管径： 19 2 mm ，管数：，管数：76 ，排列方式：正三角，管程数：排列方式：正三角，管程数：2 ，壳程数：，壳程数：1，折流板间距：折流板间距：150 mm ，折流板缺口高度：折流板缺口高度：79 mmHeatX 应用示例 (2)