换热器设计初步计算.pptx

传热单元模型的分类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(Heat Exchangers)，共7种模型，AspenPlus内部用的有4种，其余3种是与其它软件的接口模块：第1页/共56页传热单元模型的分类传热单元模型的分类 (2)(2)第2页/共56页Heater 加热器模型加热器模型Heater 模型用于模拟以下单元，改变单股物流的温度、压力和相态：1.加热器2.冷却器3.阀门（仅改变压力，不涉及阻力）4.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）第3页/共56页Heater 加热器模型加热器模型（2）第4页/共56页Heater 连接连接Heater 模型的连接图如下：第5页/共56页1 1、闪蒸规定闪蒸规定 (Flash specificationsFlash specifications)（1 1）温度）温度 TemperatureTemperatureTemperature （2 2）压力压力 PressurePressurePressure （3 3）温度改变温度改变 Temperature changeTemperature changeTemperature change （4 4）蒸汽分率）蒸汽分率 Vapor fractionVapor fractionVapor fraction （5 5）过热度）过热度 Degrees of superheatingDegrees of superheatingDegrees of superheating （6 6）过冷度）过冷度 Degrees of subcoolingDegrees of subcoolingDegrees of subcooling （7 7）热负荷）热负荷 Heat dutyHeat dutyHeat dutyHeater 模型参数模型参数Heater模型有两组模型设定参数：从中任选两项第6页/共56页Heater 模型参数模型参数（2）第7页/共56页2、有效相态 (Valid Phase)（1）蒸汽（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 模型参数模型参数（3）Heater模型有两组模型设定参数：第8页/共56页Heater 模型参数模型参数（4）第9页/共56页 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。Heater 应用示例应用示例(1)第10页/共56页 流量为1000 kg/hr（0.4 MPa）的饱和水蒸汽用蒸汽过热器加热到过热度 100（0.39 MPa），求过热蒸汽温度和所需供热量。Heater 应用示例应用示例(2)第11页/共56页 流量为 1000 kg/hr、压力为 0.11 MPa、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。Heater 应用示例应用示例(3)第12页/共56页 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。Case Study 案例研究案例研究第13页/共56页Case Study 案例研究案例研究（2）第14页/共56页Case Study 参数定义参数定义 首先在改变(Vary)表单中定义不同案例中需要改变的变量：使用变量序号(Variable number)下拉框中的新建(new)选项增添新的变量；使用调节变量(Manipulated variable)栏中的一组下拉框设定每一个变量的定义。第15页/共56页Case Study参数定义参数定义（2 2）第16页/共56页Case Study 参数赋值参数赋值 然后在规定(Specification)表单中定义不同案例中调节变量的值：使用案例序号(Case number)下拉框中的新建(new)选项增添新的案例；在 调 节 变 量 值(Values of manipulated variable)表的单元格中按顺序输入相应案例里每一个调节变量的给定值。第17页/共56页Case Study 参数赋值参数赋值（2 2）第18页/共56页Case Study 批处理运行批处理运行 完成案例定义后，从窗口的级联式菜单中选择“运行批处理提交”命令 RunBatchSubmit并在弹出的对话框中设定运行代号(RunID)，运行结果输出文件将采用运行代号作为文件名。第19页/共56页Case Study批处理运行批处理运行（2 2）第20页/共56页Case Study批处理运行批处理运行（3 3）第21页/共56页Case Study 结果查看结果查看 案例研究的模拟结果采用文件输出，不能直接从图形用户界面中查看。运行完成后，会在工作目录下自动生成 输 入(*.inp)、状 态(*.sta)、简 汇(*.sum)和输出(*.out)四个文本文件，结果数据在*.out文件中，可用文本编辑软件打开查看和编辑。第22页/共56页 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 应用示例应用示例(4)第23页/共56页Heater 物性计算物性计算 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。第24页/共56页 求压力为 0.2 MPa，含甲醇30%w、乙 醇 20%w、正 丙 醇20%w、水30%w 的混合物的泡点和露点。Heater 应用示例应用示例(5)第25页/共56页HeatX 换热器模型换热器模型1.逆流/并流（Countercurrent/Cocurrent)2.折流板壳程（Segmental Baffle Shell)3.棍式挡板壳程（Rod Baffle Shell)4.裸管/低翅片管（Bare/Low-finned Tubes)HeatX 模型用于模拟下述结构的管壳式换热器：计算两股物流之间的热量交换。第26页/共56页HeatX 换热器模型换热器模型（2）第27页/共56页HeatX 连接连接HeatX 模型的连接图如下：第28页/共56页1.计算类型 Calculation2.流动方式 Flow arrangement3.换热器设定 Exchanger specificationHeatX模型设定模型设定HeatX 的设定从规定(Specification)表单着手，有三组设定参数：第29页/共56页HeatX模型设定模型设定（2）第30页/共56页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 Short-cutShort-cut 2 2、详详细计算细计算 DetailedDetailed 3 3、HetranHetran 精确计算精确计算 Hetran RigorousHetran Rigorous 输出输出HetranHetran软件软件(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。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 DesignDesign 2 2、核算核算 RatingRating 3 3、模拟模拟 SimulationSimulation两组选两组选项按下述方式配合使用：项按下述方式配合使用：HeatX计算类型计算类型第31页/共56页HeatX计算类型计算类型（2）第32页/共56页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。HeatX简捷简捷计算计算第33页/共56页流动方式设定包括：1、热流体(Hot fluid)流动空间：壳程(Shell)/管程(Tube)2、流动方向(Flow direction)：逆流 (Countercurrent)并流 (Co-current)多管程流动 (Multiple passes)HeatX流动方式流动方式第34页/共56页HeatX流动方式流动方式 (2)(2)第35页/共56页1、逆流 CountercurrentHeatX 流动方向流动方向2、并流 Cocurrent第36页/共56页1.1.热物流出口温度热物流出口温度 (Hot(Hot stream outlet temperature)stream outlet temperature)2.2.热物流出口温降热物流出口温降 (Hot(Hot stream outlet temperature decrease)stream outlet temperature decrease)3.3.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 (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 (Hot stream outlet vapor fraction)(Hot stream outlet vapor fraction)HeatX 换热器设定换热器设定共有13个选项第37页/共56页HeatX 热物流出口温差热物流出口温差 第38页/共56页6.6.冷物流出口温度冷物流出口温度 (Cold(Cold stream outlet temperature)stream outlet temperature)7.7.冷物流出口温升冷物流出口温升 (Cold stream(Cold stream outlet temperature increase)outlet temperature increase)8.8.冷物流出口温差冷物流出口温差 (Cold stream(Cold stream outlet temperature approach)outlet temperature approach)9.9.冷物流出口过热度冷物流出口过热度 (Cold(Cold stream outlet degrees superheat)stream outlet degrees superheat)10.10.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 换热器设定换热器设定(2)共有13个选项第39页/共56页HeatX 冷物流出口温差冷物流出口温差 第40页/共56页11.11.传热面积传热面积 (Heat transfer(Heat transfer area)area)12.12.热负荷热负荷 (Exchanger(Exchanger duty)duty)13.13.几何条件几何条件 (Geometry)(Geometry)在详细计算时采用。在详细计算时采用。HeatX 换热器设定换热器设定(3)共有13个选项第41页/共56页 由由于于换换热热器器内内的的流流动动并并非非理理想想的的并并流流或或逆逆流流，因因此此有有效效传传热热推推动动力力需需在在对对数数平平均均温温差差(LMTDLMTD)的的基基础础上上进行校正。校正因子的计算方法有四个选项进行校正。校正因子的计算方法有四个选项：1 1、常数、常数 ConstantConstant 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 2、几何结构、几何结构 GeometryGeometry 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 3、用户子程序、用户子程序 User-subrUser-subr4 4、计算值、计算值 CalculatedCalculated 流动方向为多管程流动时采用。流动方向为多管程流动时采用。HeatX LMTD校正校正第42页/共56页HeatX LMTD校正校正（2）第43页/共56页 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 (Outlet pressure)(Outlet pressure)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 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HeatX 简捷计算简捷计算 第44页/共56页HeatX 简捷计算简捷计算（2 2）第45页/共56页总传热系数方法 (U methods)常数常数 (Constant)(Constant)相态法相态法 (Phase specific values)(Phase specific values)分别指定冷热两侧不同相态组合下的传热系数分别指定冷热两侧不同相态组合下的传热系数幂函数幂函数 (Power law expression)(Power law expression)U=U U=Uref ref(Flow/Flow(Flow/Flowrefref)exponent)exponentHeatX 简捷计算简捷计算（3）第46页/共56页HeatX U-相态法相态法 第47页/共56页HeatX结果查看结果查看 HeatX最重要的是热参数结果(Thermal results)，其下包括五张表单：概况 Summary 衡算 Balance 换热器详情 Exchanger details 压降/速度 Pre drop/velocities 分区 Zones第48页/共56页HeatX 概况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)。第49页/共56页HeatX 概况概况(2)(2)第50页/共56页HeatX换热器详情换热器详情对于捷算法，换热器详情表单给出了需要的换热器面积(Required exchanger area)、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)和对数平均温差校正因子(LMTD correction factor)等有用的信息。第51页/共56页HeatX换热器详情换热器详情（2 2）第52页/共56页HeatX 分区分区分区表单给出了换热器内根据冷、热流体相态对传热面积分区计算的情况，包括各区域的热流体温度、冷流体温度、对数平均温差、传热系数、热负荷和传热面积信息。我们可根据此信息分析换热方案是否合理以及改进设计方案的方向。第53页/共56页HeatX 分区分区（2 2）第54页/共56页 用用1200 kg/hr饱和水蒸汽饱和水蒸汽(0.3 MPa)加热加热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。换热器传热系数。换热器传热系数根据相态选择。求甲醇出口温度、相根据相态选择。求甲醇出口温度、相态、需要的换热面积。态、需要的换热面积。HeatX 应用示例应用示例(1)第55页/共56页感谢您的观看。第56页/共56页