第6章换热器单元模拟讲解
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第6章 换热器单元模拟
换热器单元模拟
6.1 概述 6.2 加热器Heater 6.3 换热器HeatX 多物流换热器MHeatX 热通量换热器HXFlux
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。如：开水锅炉、水杯、冰箱、空调等。
换热器是许多工业部门广泛应用的通用工艺设备。通常，在化工
6.3 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）
6.3 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） ห้องสมุดไป่ตู้、运算模式（Type） 4、换热器设定（Exchanger specification）
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。
6.2 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
6.3 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）
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条件下的
各种物性数据，如泡点、露点、饱和蒸汽压、密度、粘度等。只
需将给定组成的物流导入Heater的模型参数，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
6.2 换热器Heater
闪蒸规定 (Flash specifications) 温度 Temperature 压力 Pressure 温度变化Temperature change 蒸汽分率 Vapor fraction 过热 Degrees of superheating 过冷 Degrees of subcooling 热负荷 Heat duty
板式换热器
LNG换热器等
6.2 换热器Heater
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（仅改变压力，不涉及功率）、压缩机（仅改变压力，
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。
结果查看
6.3 换热器HeatX
6.3 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。
6.3 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：
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-游离水 Vapor-Liquid-Freewater
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
不涉及功率）、阀门（仅改变压力，不涉及阻力）
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
6.2 换热器Heater
用于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)
厂的建设中，换热器约占总投资的11％～ 40％ 。
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、
6.3 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)
换热器单元模拟
6.1 概述 6.2 加热器Heater 6.3 换热器HeatX 多物流换热器MHeatX 热通量换热器HXFlux
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。如：开水锅炉、水杯、冰箱、空调等。
换热器是许多工业部门广泛应用的通用工艺设备。通常，在化工
6.3 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）
6.3 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） ห้องสมุดไป่ตู้、运算模式（Type） 4、换热器设定（Exchanger specification）
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。
6.2 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
6.3 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）
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条件下的
各种物性数据，如泡点、露点、饱和蒸汽压、密度、粘度等。只
需将给定组成的物流导入Heater的模型参数，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
6.2 换热器Heater
闪蒸规定 (Flash specifications) 温度 Temperature 压力 Pressure 温度变化Temperature change 蒸汽分率 Vapor fraction 过热 Degrees of superheating 过冷 Degrees of subcooling 热负荷 Heat duty
板式换热器
LNG换热器等
6.2 换热器Heater
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（仅改变压力，不涉及功率）、压缩机（仅改变压力，
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。
结果查看
6.3 换热器HeatX
6.3 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。
6.3 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：
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-游离水 Vapor-Liquid-Freewater
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
不涉及功率）、阀门（仅改变压力，不涉及阻力）
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
6.2 换热器Heater
用于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)
厂的建设中，换热器约占总投资的11％～ 40％ 。
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、
6.3 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)