Aspen换热器单元模拟
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南京工业大学ASPEN学习第五章换热器设计教程
第 30 页
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 )
第 31 页
HeatX—详细计算 总传热系数方法 ( U methods )
• 常数 ( Constant )
第 16 页
HeatX — 换热器设定
6. 冷物流出口温度 (Cold stream outlet temperature) 7. 冷物流出口温升 (Cold stream outlet temperature increase) 8. 冷物流出口温差 (Cold stream outlet temperature approach) 9. 冷物流出口过热度 (Cold stream outlet degrees superheat) 10. 冷物流出口蒸汽分率 (Cold stream outlet vapor fraction)
5.1 ASPEN PLUS的换热器模型
两股物流的换热器
MHeatX Hetran Aerotran
多股物流的换热器
在多股物流之间换热
管壳式换热器 空冷换热器
提供B-JAC Hetran管壳 管壳式换热器，包括釜 式换热器程序界面 式再沸器 提供B-JAC Aerotran空 冷换热器程序界面 错流式换热器包括空气 冷却器 第 2 页
第 25 页
HeatX——结果查看 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 26 页
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 )
第 31 页
HeatX—详细计算 总传热系数方法 ( U methods )
• 常数 ( Constant )
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HeatX — 换热器设定
6. 冷物流出口温度 (Cold stream outlet temperature) 7. 冷物流出口温升 (Cold stream outlet temperature increase) 8. 冷物流出口温差 (Cold stream outlet temperature approach) 9. 冷物流出口过热度 (Cold stream outlet degrees superheat) 10. 冷物流出口蒸汽分率 (Cold stream outlet vapor fraction)
5.1 ASPEN PLUS的换热器模型
两股物流的换热器
MHeatX Hetran Aerotran
多股物流的换热器
在多股物流之间换热
管壳式换热器 空冷换热器
提供B-JAC Hetran管壳 管壳式换热器，包括釜 式换热器程序界面 式再沸器 提供B-JAC Aerotran空 冷换热器程序界面 错流式换热器包括空气 冷却器 第 2 页
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HeatX——结果查看 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)。
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aspen换热器的模拟计算ppt课件
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
第 12 页
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：
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
第 14 页
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。
第 15 页
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
1.2模块应用说明 1.2.1加热器（heater） 特点：流程模拟中应用，与结构无关，主要精力放在工艺上
(精品)aspen单元模块
Pump — 示例 2
一离心泵输送流量为 100 m3/hr 的水，水的压强为 1.5 bar，温度为 25 C。泵的特性曲线如下：
流量（m3/hr） 70.0 90.0 109.0
120.0扬程（m） Nhomakorabea59.0 54.2 47.8
43.0
效率（%）
64.5 69.0 69.0
66.0
求： 泵的出口压力、提供给流体的功率、泵所需要的轴
57
HeatX—详细计算
58
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， HeatX模型也用这个信息从膜系数来计算传热 系数，在Geometry Tubes（管子的几何尺寸） 页上输入管子的几何尺寸。
功率各是多少？
Compr 压缩机模型
Compr 模型用于模拟四种单元设备
1. 多变离心压缩机（Polytropic Centrifugal Compressor)
2. 多变正排量压缩机（Polytropic Positive Displacement Compressor)
3. 等熵压缩机（Isentropic Compressor) 4. 等熵汽轮机（Isentropic Turbine)
HeatX
两股物流的换热 器
MHeatX
多股物流的换热 器
目的
用于
确定出口物流的热和 加热器、冷却器、冷
相态条件
凝器等
两股物流的换热器。 在两个物流之间换热 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 在多股物流之间换热 器，两股物流的换热
器，LNG换热器
Heater — 模型参数
Heater模型有两组模型设定参数：
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换热器的模拟计算..
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。
第 21 页
第 22 页
演示4：采用2t 100C热水，将5t常温常压下苯（44%wt）、
甲苯混合液加热。
1）已知壳径500、管长6m，100（25*2）根管子，2管程，求 冷热出口温度。（55，72）
– 热侧走壳程
– 热虹吸再沸器、汽化率取12%，循环量6503/.12=54.191t/h – 进行设计（sizing）
例4-1.exe
第 35 页
再沸器设计（2）
第 36 页
再沸器设计（3）
第 37 页
再沸器设计（4）
核算：
– 直径500，174根，25×2000mm；1管程；26m2
例4-2.exe
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。
Detailed Results
Dynamic
规定动力学模拟的参数。
第 4 页
的物料进出接口，需从 Nozzle表单中输入以下参数： 输入壳程管嘴直径 Enter shell side nozzle diameters 进口管嘴直径 Inet nozzle diameter 出口管嘴直径 Outlet nozzle diameter 输入管程管嘴直径 Enter tube side nozzle diameters 进口管嘴直径 Inlet nozzle diameter 出口管嘴直径 Outlet nozzle diameter
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演示4：采用2t 100C热水，将5t常温常压下苯（44%wt）、
甲苯混合液加热。
1）已知壳径500、管长6m，100（25*2）根管子，2管程，求 冷热出口温度。（55，72）
– 热侧走壳程
– 热虹吸再沸器、汽化率取12%，循环量6503/.12=54.191t/h – 进行设计（sizing）
例4-1.exe
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再沸器设计（2）
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再沸器设计（3）
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再沸器设计（4）
核算：
– 直径500，174根，25×2000mm；1管程；26m2
例4-2.exe
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。
Detailed Results
Dynamic
规定动力学模拟的参数。
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的物料进出接口，需从 Nozzle表单中输入以下参数： 输入壳程管嘴直径 Enter shell side nozzle diameters 进口管嘴直径 Inet nozzle diameter 出口管嘴直径 Outlet nozzle diameter 输入管程管嘴直径 Enter tube side nozzle diameters 进口管嘴直径 Inlet nozzle diameter 出口管嘴直径 Outlet nozzle diameter
Aspen传热单元模块
heatxlmtd校正heatxlmtd校正uredropoutletpressure0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heatx简捷计算heatx简捷计算常数constant相态法phasespecificvalues分别指定冷热两侧不同相态组合下的传热系数幂函数powerlawexpressionuurefflowflowrefexponentheatx简捷计算相态法heatx结果查看heatx最重要的是热参数结果thermal概况summarbalance换热器详情exchangerdetai速度predropveloci分区zonesheatx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vaporon以及换热器的热负荷heatdutheatx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requiedexchangerarea结垢di条件下的平均传热系数avg
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 (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)
HeatX — LMTD校正（2）
HeatX—— 简捷计算
压降 ( Pressure 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
HeatX—— 简捷计算（2）
HeatX—— 简捷计算（3）
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 (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)
HeatX — LMTD校正（2）
HeatX—— 简捷计算
压降 ( Pressure 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
HeatX—— 简捷计算（2）
HeatX—— 简捷计算（3）
第5讲 ASPEN PLUS 换热器的模拟
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
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：
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。
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
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单元模块
bar，空气的温度为 25 C，流量为 1000 m3/h。压缩
机的多变效率为 0.71，驱动机构的机械效率为 0.97。
求：压缩机所需要的轴功率、驱动机的功率以及空气
的出口温度和体积流量各是多少？
Valve —— 阀门模型
阀门模型用来调节流体流经管路时的压降。
阀门模型有三种应用方式（计算类型） 1. 绝热闪蒸到指定出口压力 Adiabatic flash for specified outlet pressure 2. 对指定出口压力计算阀门流量系数 Calculate valve flow coefficient for specified outlet pressure 3. 对指定阀门计算出口压力(核算方式) Calculate outlet pressure for specified valve
两股物流的换热器。 在两个物流之间换热 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 在多股物流之间换热 器，两股物流的换热 器，LNG换热器
多股物流的换热 MHeatX 器
Heater — 模型参数
Heater模型有两组模型设定参数：
1、闪蒸规定 ( Flash specifications) （1）温度 Temperature 从（2） 压力 Pressure 中 任 （3）温度改变 Temperature change 选 （4）蒸汽分率 Vapor fraction 两 （5）过热度 Degrees of superheating 项 （6）过冷度 Degrees of subcooling （7）热负荷 Heat duty
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。
Aspen传热单元模块
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 （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（4）
Heate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)。
HeatX —— 概况
(2)
HeatX——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。
传热单元模型的分类 (2)
Heater 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）
Heater 加热器模型（2）
Heater —— 连接
HeatX — 冷物流出口温差
HeatX — 换热器设定(3)
共 有 13 个 选 项
11. 传热面积 (Heat transfer area) 12. 热负荷 (Exchanger duty) 13. 几何条件 (Geometry) 在详细计算时采用。
《化工流程模拟实训—Aspen Plus教程(孙兰义主编)》配套PPS课件第6章 换热器单元模拟
6.2 换热器HeatX
Heatx的模型设定参数
注意：对于并流或者逆流换热来讲，热物流出口温差的表 示方法是不同的。
6.2 换热器HeatX
Heatx的模型设定参数
（7） 冷物流出口（相对于冷物流入口）温升 (Cold stream outlet temperature increase) （8） 冷物流出口温差 (Cold stream outlet temperature approach) （9） 冷物流出口过热度 (Cold stream outlet degrees superheat) （10）冷物流出口蒸汽分率 (Cold stream outlet vapor fraction) （11）传热面积 (Heat transfer area) （12）热负荷 (Exchanger duty) （13）几何条件 (Geometry)（详细计算时采用）
变量
计算方法
简捷法使用准则 严格法使用准则
常数 Constant U value
No
相态法
Phase specific
No
Film
values
confficients
膜系数
幂函数
Power law
No
expression
由几何尺寸计算
Calculate from
No
geometry
Yes Yes Yes Default
6.2 换热器HeatX
Heatx 严格计算变量以及使用准则
变量
Pressure Drop 压降
计算方法
由出口压力计算 Outlet pressure
由几何尺寸计算 Calculate from geometry
化工流程模拟实训：Aspen Plus教程 第6章换热器单元模拟
出口冷物流 倾析水 （可选）
入口热物流
出口热物流 倾析水 （可选）
入口冷物流
6.2 换热器HeatX
Heatx的模型设定参数
HeatX 的设定要从HeatX的 Specification页面进行操作，有
四组设定参数：
1、计算类型（Calculation） 2、流动方式（Flow arrangement）
（10）冷物流出口蒸汽分率 (Cold stream outlet vapor fraction)
（11）传热面积 (Heat transfer area) （12）热负荷 (Exchanger duty)
（13）几何条件 (Geometry)（详细计算时采用）
6.2 换热器HeatX
Heatx的模型设定参数
Heater模型有两组模型设定参数：闪蒸规定与有效相态
温度 Temperature 压力 Pressure 温度 Temperature change 蒸汽分率 Vapor fraction 过热 Degrees of superheating 过冷 Degrees of subcooling 热负荷 Heatduty
d) 饱和蒸汽宜走壳程，饱和蒸汽较清洁，表面传热系数与流速无关，
而且冷凝液易排出。 e) 流量小而粘度大的流体一般以壳程为宜。
f) 需要被冷却物料一般选壳程，便于散热。
6.2 换热器HeatX
Heatx的模型设定参数
（Design） （Rating）
3、Type选择框中有三个选项：
（1）设计 （2）核算
Heatx 换热器的几何结构参数
详细计算时需输入换热器的几何结构参数。包括（以管 壳式换热器为例）壳程(Shell)、管程(Tubes)、管翅
入口热物流
出口热物流 倾析水 （可选）
入口冷物流
6.2 换热器HeatX
Heatx的模型设定参数
HeatX 的设定要从HeatX的 Specification页面进行操作，有
四组设定参数：
1、计算类型（Calculation） 2、流动方式（Flow arrangement）
（10）冷物流出口蒸汽分率 (Cold stream outlet vapor fraction)
（11）传热面积 (Heat transfer area) （12）热负荷 (Exchanger duty)
（13）几何条件 (Geometry)（详细计算时采用）
6.2 换热器HeatX
Heatx的模型设定参数
Heater模型有两组模型设定参数：闪蒸规定与有效相态
温度 Temperature 压力 Pressure 温度 Temperature change 蒸汽分率 Vapor fraction 过热 Degrees of superheating 过冷 Degrees of subcooling 热负荷 Heatduty
d) 饱和蒸汽宜走壳程，饱和蒸汽较清洁，表面传热系数与流速无关，
而且冷凝液易排出。 e) 流量小而粘度大的流体一般以壳程为宜。
f) 需要被冷却物料一般选壳程，便于散热。
6.2 换热器HeatX
Heatx的模型设定参数
（Design） （Rating）
3、Type选择框中有三个选项：
（1）设计 （2）核算
Heatx 换热器的几何结构参数
详细计算时需输入换热器的几何结构参数。包括（以管 壳式换热器为例）壳程(Shell)、管程(Tubes)、管翅
甲醇合成及精馏Aspen模拟和换热集成
表 8.2 进料物料组成表
压力 Mpa 温度 ℃ 流量 kg/h
wt%
IN-T 合成气
5.00 30.0 242282.55
FREWATER 脱盐水 0.60 40.0 4500.00
氮气 氢气 甲烷
水 甲醇 一氧化碳 二氧化碳
17.14 18.88 8.56 0.04 2.16 36.17 17.05
(D-0403)和回收塔(D-0404)。本章重点对采用的四段冷激式合成塔以及塔设备进
行校核计算，即按原设计规定的结构型式、相关尺寸，通过控制计算来揭示合成
塔和塔设备的操作状态。在实际流程中，出甲醇分离器的循环合成气(H2RV)仍需
经过复杂的净化处理，才能达到进入循环的要求,考虑到其工段设备的复杂性， 在此循环气并不在系统中参与循环。
E0 3 0 1
E0 3 0 2
FEED
IN -H X
H2R V FS
0308 P0 3 0 1
去罐 区
BY- R
OU T-4
脱盐 水
E0 4 0 1
E0 4 0 5 A
E0 4 0 7 0405
自罐 区
D0401
0402 P0 4 0 3
D0402
E0 4 0 5 B
D0403
MPR O
精甲 醇
0406
合成气的制造工艺采用一段蒸汽转化法。蒸汽转化法是在催化剂存在及高温
条件下，使甲烷等烃类与水蒸气反应，生成 H2、CO、CO2 等混合气，其主反应 为：
������at.
CH4 + H2O ↔
������������ + 3������2
������at.
CH4 + 2H2O ↔
AspenPlus换热器模拟（DOC）
AspenPlus换热器模拟（DOC）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。
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6.2 换热器HeatX
典型的HeatX流程连接
入口热物流
出口冷物流 倾析水 （可选）
入口冷物流
出口热物流 倾析水
（可选）
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6.2 换热器HeatX
Heatx的模型设定参数
HeatX 的设定要从HeatX的 Specification页面进行操作，有 四组设定参数：
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6.2 换热器HeatX
Heatx的模型设定参数
2、流动方式设定包括以下选项：
（1）热流体(Hot fluid)流动方式： 热流体走壳程 (Shell) /管程 (Tube)
（2）流动方向(Flow direction)： 逆流(Countercurrent)/并流 (Cocurrent） /多管程流动(Multiple passes)
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Aspen Plus 换热器单元模块说明：
模块 Heater HeatX MHeatX
说明
加热器或 冷却器
两股物流 换热器
多股物流 换热器
功能 改变一股物流的热力学状态
模拟两股物流换热过程 模拟多股物流换热过程
适用对象 加热器、冷却器、仅涉及 压力的泵、阀门或压缩机 管壳式换热器、空冷气、
板式换热器
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。
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≤0，2 换热器Heater
Heater的常用的几种闪蒸规定组合
压力（或压降）与右列之一 出口温度或温度改变与右列之一
出口温度 热负荷或者入口热流率 汽化分率 温度改变 过冷度或过热度 压力 热负荷 汽化分率
1、计算类型（Calculation） 2、流动方式（Flow arrangement） 3、运算模式（Type） 4、换热器设定（Exchanger specification）
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6.2 换热器HeatX
Heatx的模型设定参数
1、Calculation栏中有五个选项：
（1）简捷计算 （Short-cut） （2）详细计算 （Detailed） （3）管壳式换热器计算（Shell&Tube） （4）空冷器计算 （AirCooled） （5）板式换热器计算（Plate heat exchangers）
LNG换热器等
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6.2 换热器Heater
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）
换热器单元模拟
6.1 概述 6.2 换热器Heater 6.3 换热器HeatX
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6.1 概述
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。
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％ 。
有效相态 (ValidPhase) 蒸汽 Vapor-Only 液体 Liquid-Only 固体 Solid-Only 汽-液 Vapor-Liquid 汽-液-液 Vapor-Liquid-Liquid 液-游离水 Liquid-Freewater 汽-液-游离 Vapor-Liquid-Freewater
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)
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6.2 换热器Heater
典型的Heater流程连接图
热流率 （可选）
进料物流 （任意股）
出口物流
热流率 （可选）
物料流 入口至少一股物料流
出口一股物料流 一股水倾析物流可选的
倾析水 （可选）
热流 入口任意股热流可选的 出口一股热流可选的
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6.2 换热器Heater
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6.2 换热器HeatX
Heatx的模型设定参数
在换热器中，流体走管程/壳程，下列几点可作为选择的 一般原则：
a) 不洁净或易结垢的液体宜在管程，方便清洗。 b) 腐蚀性流体宜在管程，以免管束和壳体同时受到腐蚀。 c) 压力高的流体宜在管内，以免壳体承受压力。 d) 饱和蒸汽宜走壳程，饱和蒸汽较清洁，表面传热系数与流速无关， 而且冷凝液易排出。 e) 流量小而粘度大的流体一般以壳程为宜。 f) 需要被冷却物料一般选壳程，便于散热。
Heater模型设定参数
Heater模型有两组模型设定参数：闪蒸规定与有效相态
闪蒸规定 (Flash specifications) 温度 Temperature 压力 Pressure 温度 Temperature change 蒸汽分率 Vapor fraction 过热 Degrees of superheating 过冷 Degrees of subcooling 热负荷 Heatduty
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6.2 换热器Heater
Heater应用实例
例6.1 25℃、压力0.4MPa、流率5000kg/hr的软水在锅炉中被加
热变成0.45MPa的饱和蒸汽，物性方法选用针对水（蒸汽）体系的 IAPWS-95。求所需的锅炉供热量。
例6.2 流率为500kg/hr、压力为0.1MPa、含乙醇60%（w）、水
6.2 换热器HeatX
典型的HeatX流程连接
入口热物流
出口冷物流 倾析水 （可选）
入口冷物流
出口热物流 倾析水
（可选）
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6.2 换热器HeatX
Heatx的模型设定参数
HeatX 的设定要从HeatX的 Specification页面进行操作，有 四组设定参数：
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6.2 换热器HeatX
Heatx的模型设定参数
2、流动方式设定包括以下选项：
（1）热流体(Hot fluid)流动方式： 热流体走壳程 (Shell) /管程 (Tube)
（2）流动方向(Flow direction)： 逆流(Countercurrent)/并流 (Cocurrent） /多管程流动(Multiple passes)
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Aspen Plus 换热器单元模块说明：
模块 Heater HeatX MHeatX
说明
加热器或 冷却器
两股物流 换热器
多股物流 换热器
功能 改变一股物流的热力学状态
模拟两股物流换热过程 模拟多股物流换热过程
适用对象 加热器、冷却器、仅涉及 压力的泵、阀门或压缩机 管壳式换热器、空冷气、
板式换热器
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。
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≤0，2 换热器Heater
Heater的常用的几种闪蒸规定组合
压力（或压降）与右列之一 出口温度或温度改变与右列之一
出口温度 热负荷或者入口热流率 汽化分率 温度改变 过冷度或过热度 压力 热负荷 汽化分率
1、计算类型（Calculation） 2、流动方式（Flow arrangement） 3、运算模式（Type） 4、换热器设定（Exchanger specification）
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6.2 换热器HeatX
Heatx的模型设定参数
1、Calculation栏中有五个选项：
（1）简捷计算 （Short-cut） （2）详细计算 （Detailed） （3）管壳式换热器计算（Shell&Tube） （4）空冷器计算 （AirCooled） （5）板式换热器计算（Plate heat exchangers）
LNG换热器等
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6.2 换热器Heater
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）
换热器单元模拟
6.1 概述 6.2 换热器Heater 6.3 换热器HeatX
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6.1 概述
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。
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％ 。
有效相态 (ValidPhase) 蒸汽 Vapor-Only 液体 Liquid-Only 固体 Solid-Only 汽-液 Vapor-Liquid 汽-液-液 Vapor-Liquid-Liquid 液-游离水 Liquid-Freewater 汽-液-游离 Vapor-Liquid-Freewater
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)
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6.2 换热器Heater
典型的Heater流程连接图
热流率 （可选）
进料物流 （任意股）
出口物流
热流率 （可选）
物料流 入口至少一股物料流
出口一股物料流 一股水倾析物流可选的
倾析水 （可选）
热流 入口任意股热流可选的 出口一股热流可选的
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6.2 换热器Heater
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6.2 换热器HeatX
Heatx的模型设定参数
在换热器中，流体走管程/壳程，下列几点可作为选择的 一般原则：
a) 不洁净或易结垢的液体宜在管程，方便清洗。 b) 腐蚀性流体宜在管程，以免管束和壳体同时受到腐蚀。 c) 压力高的流体宜在管内，以免壳体承受压力。 d) 饱和蒸汽宜走壳程，饱和蒸汽较清洁，表面传热系数与流速无关， 而且冷凝液易排出。 e) 流量小而粘度大的流体一般以壳程为宜。 f) 需要被冷却物料一般选壳程，便于散热。
Heater模型设定参数
Heater模型有两组模型设定参数：闪蒸规定与有效相态
闪蒸规定 (Flash specifications) 温度 Temperature 压力 Pressure 温度 Temperature change 蒸汽分率 Vapor fraction 过热 Degrees of superheating 过冷 Degrees of subcooling 热负荷 Heatduty
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6.2 换热器Heater
Heater应用实例
例6.1 25℃、压力0.4MPa、流率5000kg/hr的软水在锅炉中被加
热变成0.45MPa的饱和蒸汽，物性方法选用针对水（蒸汽）体系的 IAPWS-95。求所需的锅炉供热量。
例6.2 流率为500kg/hr、压力为0.1MPa、含乙醇60%（w）、水