第5讲 ASPEN PLUS 换热器的模拟
aspen设计换热器
ASPEN PLUS软件在管壳式换热器设计中的应用摘要：文章介绍了ASPEN PLUS软件在管壳式换热器设计中的应用。
通过与必要的手工计算相结合,便捷高效地设计出符合中国相关标准管壳式换热器的步骤和方法。
并以一个实例来演示所提方法的简单性和有效性,所得的换热面积相比节省了 66. 7%。
关键词：换热器设计 ASPEN PLUS引言ASPEN PLUS软件是一款功能强大的化工软件、动态模拟及各类计算的软件，它几乎能满足大多数化工设计及计算的要求，其计算结果得到许多同行的认可，该软件也和其他软件一样在不断的升级。
换热器是一种实现物料之间热量传递的设备,广泛应用于化工、冶金、电力、食品等行业。
在化工装置中换热设备占设备数量的40%左右,占总投资的 35% ~46%。
目前,在换热设备中,使用量最大的是管壳式换热器,尤其在高温、高压和大型换热设备中占有绝对优势。
换热器的设计主要包括传热和阻力计算两个方面。
由于换热器的设计方法比较烦杂,且需要迭代计算,故借助于日益普及的计算机软件进行优化设计则可以极大地提高工作效率。
目前,工程上已大量使用商业软件进行换热器的计算。
最著名的专业换热器计算软件主要有成立于 1962 年的美国传热研究公司 ( HTRI)开发的 XchangerSuite 软件;成立于 1967 年的英国传热及流体服务（HTFS)开发的 HTFS 系列软件和 B-JAC 软件。
为了便于组织工业生产,换热器的设计要尽可能符合相关的行业标准。
对于管壳式换热器,国外主要标准有TEMA(TubularExchangersManu-facturersAssociation)和 ASME (American SocietyofMechanical Engineers);国内主要标准有国标 GB151-1999(管壳式换热器标准),行业标准 JB/T 4715-92(固定管板式换热器形式与基本参数)和 HG 21503-92(钢制固定式薄管板换热器)。
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反应器的模拟与优化解读
ASPENPLUS反应器的模拟与优化解读ASPEN Plus是一种流程模拟软件，广泛应用于化工工程、能源工程等领域。
它可以帮助工程师通过建立模型和进行仿真，预测和优化化工流程。
在化工生产过程中，反应器是一个重要的组件，ASPEN Plus能够进行反应器的模拟和优化解读，从而帮助工程师改进反应器的设计和操作条件，提高生产效率和产品质量。
首先，ASPEN Plus可以帮助工程师建立反应器的模型。
在ASPENPlus中，用户可以选择适当的反应器模型，如气相反应器、液相反应器、固相反应器等。
然后，用户可以输入反应器的物理和化学性质的数据，如反应器中的反应物浓度、反应速率常数、活化能等。
根据这些数据，ASPEN Plus可以进行数值求解，得到反应器中物质的浓度、温度、压力等参数的变化情况。
接下来，ASPEN Plus可以进行反应器的仿真。
在仿真过程中，ASPEN Plus可以帮助工程师分析反应物的转化率、选择性和产率等重要指标。
通过改变反应器的操作条件，如温度、压力、进料流量等，工程师可以观察到这些指标的变化情况。
如果仿真结果与实际情况相符，工程师可以进一步进行优化解读。
最后，ASPEN Plus可以进行反应器的优化解读。
优化是指通过改变操作变量，使得一些目标函数达到最优的过程。
在反应器中，可以将产物收率、能耗、废料生成量等作为目标函数，通过改变反应器的操作变量，如反应温度、催化剂用量等，使目标函数最优化。
ASPEN Plus提供了多种优化算法，如遗传算法、模拟退火算法等，可以自动最优解。
通过ASPEN Plus的模拟与优化解读，工程师可以获得以下信息和结果：1. 反应器的性能评估：ASPEN Plus可以帮助工程师评估反应器的表现，如转化率、选择性和产率等。
这些信息对于确定反应器的效果并进行性能改进至关重要。
2. 最优操作条件：通过优化解读，ASPEN Plus可以帮助工程师确定反应器的最佳操作条件，如温度、压力、进料流量等。
ASPEN PLUS换热器设计说明
ASPEN PLUS换热器设计说明ASPEN PLUS与换热器设计程序的界面本章讲述的是如何使用ASPEN PLUS自带的换热器设计程序界面(HXINT)在ASPEN PLU S运行与换热器设计程序包之间传输加热/冷却曲线的数据。
本章的主题包括：§生成物性数据§开始运行HTXINT§选择加热/冷却曲线的结果§生成界面文件§在换热器设计程序包中使用界面程序关于换热器设计程序界面用户可以使用HTXINT程序从一个ASPEN PLUS运行程序中选择加热/冷却曲线数据，并将这些数据传输到某个能被下列换热器设计程序包读取的文件中：§B-JAC中的HETRAN§HTFS的TASC,ACOL,以及APLE§HTFS的M-系列程序,包括M-TASC,M-ACOL,以及M-APLE§HTRI的ST,CST,ACE,PHE以及RKH用户还可以扩展由加热/冷却曲线所得到的默认数据，使其包括换热器设计程序包所需要的所有物性数据。
完成一次ASPEN PLUS运行之后，在开始运行设计程序之前要先运行HTXINT。
HTXINT将通过一系列提示给用户以指引，为换热器设计程序选择加热/冷却曲线。
HTXINT是一个用于调用ASPEN PLUS摘要文件工具的应用程序。
在模拟中生成物性数据HTXINT所使用的物性数据来自加热/冷却曲线，许多ASPEN PLUS单元操作模型都可以生成这种曲线。
在使用HTXINT时，用户必须先使用ASPEN PLUS生成所需的加热/冷却曲线，对于每个想要的单元模块都要生成加热/冷却曲线(一条或多条)。
关于指定加热/冷却曲线的详细细节，请参见第10章“要求加热/冷却曲线计算”一节。
在模块的Hcurve上就可以：1.在“Property Sets”栏下选择“HXDESIGN”2.选择所需采样点的数目。
见本章“指定加热/冷却曲线的取样点数”一节3.指定压力降的数值下面各节将详细讲述以上各步骤。
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 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。
第五章 Aspen plus流程模拟
第五章ASPEN工艺核算及优化 (2)5.1 引言 (2)5.2 Aspen Plus软件介绍 (2)5.3 基于Aspen Plus稳态模拟的甲醇三塔模型搭建 (4)5.3.1 甲醇三塔稳态模拟基本步骤 (4)5.3.2 甲醇三塔初始模拟搭建 (6)第五章ASPEN工艺核算及优化5.1 引言在前三章内容中,已经分别介绍了关于甲醇精馏三塔现有的工艺流程、影响效率的操作参数以及对于甲醇精塔的具体控制方案设计。
在此基础上,本章主要根据所设计的控制方案,以工艺流程为依据搭建精馏装置模型,以此对控制方案的可操作性进行检验,同时也对在精馆塔控制方面的仿真研究有一个全面的认识。
化工过程的模拟通常由两大块组成,分别为稳态以及动态仿真,精馏塔工艺流程的模型搭建属于稳态模拟,控制方案的实施则属于动态模拟[62]。
5.2 Aspen Plus软件介绍化工流程模拟需选用适宜的软件,通过相关软件的操作运行,在计算机上就可对实际的工业生产过程进行全面的了解与检测,是连接理论研究及落实应用于实际的桥梁。
在计算机上通过软件的操作避免了对具体工艺生产中的设备、管线的变动,可以较为自由地对不同的控制方案及工艺流程进行研究探讨分析。
流程模拟可以用于对新工艺技术的研究与开发、新流程装置的设计调节、旧有设备的改造、生产流程优化及操作故障诊断等,同时还可以减少大量时间及资金费用地投入。
根据化工过程模拟对生产过程、环境评价及经济效益等进行综合的评估分析,其所得数据,对生产装置管理投资提供了有力的依据。
在理论研究方面,化工过程模拟是相关研究发设计的有力保障,在具体生产过程中,化工过程模拟是使其从经验型向科技型转变的有效手段。
Aspen Plus是在化工模拟中较常被使用的软件工具,也是本文用于验证方案可操作性的软件平台。
它的出现得益于一项名为“Advanced System for Process Engineering”(先进过程工程系统)的项目[63]。
ASPENPLUS反应器的模拟与优化
3
4
化学反应器是整个化工工艺流程的核心， 是实现化学物质转化的必要工序
5
为保证目的产品组分的产率和选择性， 必须选择适宜的反应器类型和反应器网 络。
CSTR PFR
CSTR PFR
CSTR
CSTR PFR
热力学模型选择RK-Soave。 反应器操作条件：温度为400℃，压力为1.9 atm。
请采用RStoic模型确定反应物料的组成、由1-丁烯转化为异 丁烯的反应选择性以及各个反应的反应热。
12
（一）生产能力类反应器
Ryield—产率反应器
性质：根据每一种产与输入物流间的产 率关系进行反应，只考虑总质量 平衡，不考虑元素平衡。
25
深入讨论：
分析示例中反应温度在300-1000 ℃范围 变化时对反应器出口物流CH4质量分率的影 响。
将示例中的反应温度设为1000 ℃，分别分 析反应(1)和反应(2)的平衡温差在 –200 0 ℃范围变化时对反应器出口物流CH4质量 分率和CO/CO2摩尔比的影响。
26
RGibbs—吉布斯反应器
指定不参加化学反应平衡的惰性 组 分 (Inerts) 及 其 不 参 加 反 应 的 摩 尔 流量(Mole flow)或分率(Fraction)。
37
RGibbs —— 惰性物
38
RGibbs —— 限制平衡
有两种选择：
1、设定整个系统的平衡温差
Entire system with temperature approach
3 Cis-2-Butene → Isobutylene
0.36
ASPENLUS反应器模拟教程
ASPENLUS反应器模拟教程第一步是创建一个新的ASPEN Plus工程。
打开软件后，选择“File”，然后选择“New”创建一个新的工程。
在弹出的对话框中，输入工程的名称和路径，并选择一个空白模板。
点击“OK”创建工程。
第三步是定义反应器。
选择“Reactor”选项卡，然后点击“Add”添加反应器。
在弹出的对话框中，选择反应器类型，例如理想反应器、柱塞反应器、流动床反应器等。
根据需要，设置反应器的相关参数，例如容积、温度、压力等。
点击“OK”添加反应器到工程中。
第四步是定义反应。
选择“Reactions”选项卡，然后点击“Add”添加反应。
在弹出的对话框中，选择反应类型，例如气液相反应、液体相反应等。
根据反应方程式，输入反应的化学方程式，并设置反应的参数，例如反应速率常数。
点击“OK”添加反应到工程中。
第五步是设定约束条件。
选择“Specifications”选项卡，然后点击“Add”添加约束条件。
在弹出的对话框中，选择需要约束的参数，例如物质转化率、温度、压力等。
根据需要，设置参数的取值范围或固定值。
点击“OK”添加约束条件到工程中。
第六步是运行模拟。
点击工具栏上的“Run”按钮开始模拟过程。
ASPEN Plus将根据设定的反应器和反应条件进行仿真计算，并输出结果。
在仿真过程中，可以监视反应器内物质转化率、温度、压力等参数的变化情况。
第七步是分析结果。
在模拟结束后，可以查看和分析模拟结果。
选择“Results”选项卡，然后点击不同的结果子选项卡，例如“Conversion”，“Temperature”，“Pressure”等。
在结果窗口中，可以查看各个参数的变化曲线图，并对结果进行进一步分析。
除了上述基本步骤之外，ASPEN Plus还提供了许多高级功能和工具，例如灵敏度分析、优化设计等。
可以根据具体的需求和应用场景，进一步探索和应用这些功能。
总结起来，ASPEN Plus反应器模拟教程包括创建工程、添加组件、定义反应器和反应、设定约束条件、运行模拟和分析结果等步骤。
第5讲 ASPEN PLUS 换热器的模拟
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—计算类型
2、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。 使用模拟(simulation)选项时，模块根据实 际的换热面积计算两股物流的出口状态。
Film Coefficient （膜系数）
Pressure Drop （压降）
计算对数平均温差校正因子
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。 通用方程是： Q = U × A× F × LMTD 这里F是校正因子，考虑了偏离逆流流动的程度 在Setup Specifications页上用LMTD Correction Factor区域输入LMTD校正因子。
ASPEN PLUS 与化工过程模拟
第5讲 ASPEN PLUS 换热器的模拟
5.1 ASPEN PLUS的换热器模型
模型 Heater 说明 加热器或冷却器 目的 确定出口物流的热和 相态条件 在两个物流之间换热 用于 加热器、冷却器、冷凝 器等 两股物流的换热器。当 知道几何尺寸时，核算 管壳式换热器 多股热流和冷流换热 器，两股物流的换热 器，LNG换热器 管壳式换热器，包括釜 式再沸器 错流式换热器包括空气 冷却器
AspenPlus换热器模拟
AspenPlus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 HeatX MHeatX Hetran Aerotran加热器/冷却器双物流换热器多物流换热器管壳式换热器空冷换热器确定出口物流的热和相态条件在两个物流之间换热在多股物流之间换热与BJAC 管壳式换热器的接口程序与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。
Aspen换热器单元模拟
6.2 换热器HeatX
Heatx 严格计算变量以及使用准则
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6.2 换热器HeatX
Heatx 严格计算变量以及使用准则
变量
计算方法
简捷法使用准则 严格法使用准则
常数Constant （由用户指定校正 系数，也可查手册）
Default
LMTD
对数平均温 差校正因子
模拟下述常见结构的管-壳式换热器：
1.逆流/并流（Countercurrent / Cocurrent) 2.壳程采用折流板（Segmental Baffle in Shell) 3.壳程采用棍式挡板（Rod Baffle in Shell) 4.裸管/低翅片管（Bare/Low-finned Tubes)
由几何尺寸计算 Calculate from geometry
简捷法使用准则 Default No
严格法使用准则 Yes
Default
注意：
U-methods传热系数、Film confficients膜系数的计算方法中的 相态法需要分别指定冷热两侧不同相态组合下的传热系数。
对于压降，当指定热侧和冷侧的出口压力(Outlet pressure)时，若指 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。
40%（w）的饱和蒸汽在冷凝器中部分冷凝。冷凝器的压降为0，冷 凝物流的汽/液比（mol）为1/1，物性方法选用UNIQUAC。求冷凝 器热负荷。
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6.2 换热器HeatX
换热器HeatX用于模拟两股物流逆流或并流换热时的热量 交换过程，可以对大多数类型的双物流换热器进行简捷计算 或详细计算。
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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：
膜系数（Film coefficients） 压降（Pressure drops） 对数平均温差校正因子（Log-mean temperature difference correction factor）
HeatX
两股物流的换热器
MHeatX
多股物流的换热器
在多股物流之间换热 提供B-JAC Hetran管 壳式换热器程序界面 提供B-JAC Aerotran 空冷换热器程序界面
Hetran
管壳式换热器
Aerotran 空冷换热器
5.2 Heater — 模型参数
Heater模型有两组模型设定参数：
HeatX——管程参数（4）
HeatX— 列管排列模式
HeatX——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： 翅片高度 Fin height 翅片高度 / 翅片根部平均直径 Fin height /Fin root mean diameter 翅片间距 Fin spacing: 每单位长度的翅片数 / 翅片厚度 Number of fins per unit length /Fin thickness
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。
HeatX—计算类型
2、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。 使用模拟(simulation)选项时，模块根据实际 的换热面积计算两股物流的出口状态。
Heater — 模型参数（2）
Heater — 模型参数（3）
Heater模型有两组模型设定参数：
2、有效相态 ( Valid Phase )
（1）蒸汽 （3） 固体 （5） 汽—液—液 （7） 汽—液—游离水 （2）液体 （4）汽—液 （6）液—游离水
Heater — 模型参数（4）
Heater —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 (2)
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。
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
5.3.1 HeatX—计算类型
1、简捷计算(shortcut) 简捷计算只能与设计或模拟选项配合。简捷计 算不考虑换热器的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(design)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(simulation)选项时，需设定换热面 积，模块计算两股物流的出口状态。
1 1 1 = + U hc hh
5.3.3 换热器结构
换热器结构指换热器内整个流动的型式。如果对 于传热系数、膜系数或压降计算方法选择 Calculate From Geometry选项，可能需要在 Geometry Shell页中输入一些有关换热器结构的 信息: 壳程类型 管程数 换热器方位 密封条数 管程流向 壳内径 壳/管束间隙 TEMA shell type No. of tube passes Exchanger orientation Number of sealing strip pairs Direction of tubeside flow Inside shell diameter Shell to bundle 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，核算管壳式换热 器
HeatX输入规定
窗口名称 Setup Options Geometry User Subroutines Hot-Hcurves Cold-Hcurves Block Options Results Detailed Results Dynamic 作用 规定简捷或详细的计算、流动方向、换热器压降、传热系数计算 方法和膜系数。 规定热侧和冷侧不同的闪蒸收敛参数和有效相态，HeatX收敛参数 和模块规定报告选项。 规定壳程和管程的结构，并指明任何翅片管、折流挡板或管嘴。 规定用户定义的Fortran子程序的参数来计算整个的传热系数、 LMTD校正因子、管壁液体滞留量或管壁压降。 规定热流的加热或冷却曲线表和浏览结果表 规定冷流的加热或冷却曲线表和浏览结果表 替换这个模块的物性、模拟选项、诊断消息水平和报告选项的全 局值。 浏览结果、质量和能量平衡、压降、速度和区域分析汇总。 浏览详细的壳程和管程的结果以及关于翅片管、折流挡板和管嘴 的信息。 规定动力学模拟的参数。
HeatX具有有效值的选项
变量 LMTD Correction Factor （LMTD校正因子） Heat Transfer Coefficient （传热系数） 计算方法 常数 几何尺寸 用户子程序 常数值 特定相态的值 幂率表达式 膜系数 换热器几何尺寸 用户子程序 常数值 特定相态的值 幂率表达式 由几何尺寸计算 出口压力 由几何尺寸计算 在简捷法模型 中可采用 Default No No Yes Default Yes No No No No No No No 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
Heater— 应用示例 (3)
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 (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。
HeatX——管翅结构 (2)
HeatX——管翅结构 (3)
HeatX——挡板结构 有两种挡板结构可供选用： 1、圆缺挡板 Segmental baffle 2、棍式挡板 Rod baffle 从挡板 (Baffles) 表单中进行选择并 输入有关参数。
HeatX——圆缺挡板
Segmental Baffle
Aspen Plus 流程模拟培训专题5
ASPEN PLUS 换热器的模拟
中国化工学会培训中心 中国石油和化学工业协会培训中心
5.1 ASPEN PLUS的换热器模型
模型 Heater 说明 加热器或冷却器 目的 确定出口物流的热和 相态条件 在两个物流之间换热 用于 加热器、冷却器、冷凝 器等 两股物流的换热器。当 知道几何尺寸时，核算 管壳式换热器 多股热流和冷流换热 器，两股物流的换热 器，LNG换热器 管壳式换热器，包括釜 式再沸器 错流式换热器包括空气 冷却器