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Heater

6.3 换热器HeatX

6.1 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。

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

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

出口温度或温度改变与右列之一压力

热负荷汽化分率

Heater应用实例

例6.125℃、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。

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。

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)

典型的HeatX 流程连接

出口冷物流

入口热物流出口热物流

倾析水

（可选）

倾析水

（可选）

入口冷物流

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）

3、运算模式（Type）

4、换热器设定（Exchanger

specification）

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）

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)

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。