AspenPlus应用基础-传热单元（浙江大学精品课件）.ppt

Aspen PlusAspen Plus 初级课程初级课程 Models for Models for Heat Transfer Heat Transfer 传热单元模型传热单元模型 传热单元模传热单元模 型的分类型的分类 1.1. HeaterHeater 2.2. HeatXHeatX 3.3. MHeatXMHeatX 4.4. HXFluxHXFlux 传热单传热单传热单传热单 元元归归归归属属换热换热换热换热 器器类类类类(Heat Exchangers)(Heat Exchangers) ， 共共7 7种模型，种模型，AspenPlusAspenPlus内部用的有内部用的有4 4种种： HeaterHeater 加加 热器模型热器模型 Heater Heater 模型用于模模型用于模拟拟拟拟以下以下单单单单元，元， 改改变单变单变单变单 股物流的温度、股物流的温度、压压压压力和相力和相态态态态： 1. 1. 加加热热热热器器 2. 2. 冷却器冷却器 3. 3. 阀门阀门阀门阀门 （仅仅仅仅改改变压变压变压变压 力，不涉及阻力）力，不涉及阻力） 4. 4. 泵泵泵泵（仅仅仅仅改改变压变压变压变压 力，不涉及功率）力，不涉及功率） 5. 5. 压缩压缩压缩压缩 机（机（仅仅仅仅改改变压变压变压变压 力，不涉及功率力，不涉及功率 ） Heater Heater 连接连接 HeaterHeater 模型的模型的连连接接图图如下如下： 1 1、闪闪闪闪蒸指蒸指标标标标 ( ( Flash specificationsFlash specifications) ) （1 1）温度温度（2 2） 压压力力 （3 3）温度增量温度增量（4 4）蒸汽分率）蒸汽分率 （5 5）过热过热过热过热 度度（5 5）过过过过冷度冷度 （7 7） 热负热负热负热负 荷荷 从中任从中任选选选选 2 2 项项项项 2 2、有效相有效相态态态态 ( ( Valid PhaseValid Phase ) ) （1 1）蒸汽蒸汽（2 2）液体液体 （3 3） 固体固体（4 4）汽）汽液液 （5 5） 汽汽液液液液（6 6）液）液游离水游离水 （7 7） 汽汽液液游离水游离水 HeaterHeater 模模 型参数型参数 HeaterHeater模型模型有两有两组组组组模型模型设设设设定定参数参数： 20、 0.41 MPa、4000 kg/hr 流 量的软软水在锅锅炉中加热热成为为的 饱饱和水蒸气进进入生蒸汽总总管。求 所需的锅锅炉供热热量。 Heater Heater 应应 用示例用示例 (1)(1) 1000 kg/hr （0.4 MPa ）的饱饱和 水蒸汽用蒸汽过热过热 器加热热到过过 热热度 100 （0.39 MPa），求过过 热热蒸汽温度和所需供热热量。 Heater Heater 应应 用示例用示例 (2)(2) 流量为为 1000 kg/hr、压压力为为 0.11 MPa、含乙醇70 %w、水30 %w 的饱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。求冷凝器热负热负 荷。 Heater Heater 应应 用示例用示例 (3)(3) 流量为为 100 kg/hr、压压力为为 0.2 MPa、温度为为20 的丙酮酮通过过 一电电加热热器。当加热热功率分别别 为为 2 kW、5 kW、10 kW 和 20 kW 时时，求出口物流的状态态。 Heater Heater 应应 用示例用示例 (4)(4) 求压压力为为 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 Heater 应应 用示例用示例 (5)(5) HeatXHeatX 换换 热器模型热器模型 1. 1. 逆流逆流/ /并流（并流（Countercurrent / Cocurrent)Countercurrent / Cocurrent) 2. 2. 折流板壳程（折流板壳程（Segmental Baffle Shell)Segmental Baffle Shell) 3. 3. 棍式棍式挡挡挡挡板壳程（板壳程（Rod Baffle Shell)Rod Baffle Shell) 4. 4. 裸管裸管/ /低翅片管（低翅片管（Bare/Low-finned Tubes)Bare/Low-finned Tubes) HeatX HeatX 模型用于模模型用于模拟拟拟拟下述下述结结结结 构的管构的管壳式壳式换热换热换热换热 器：器： HeatXHeatX 连接连接 HeatXHeatX 模型的模型的连连接接图图如下：如下： 1. 1. 计计计计算算类类类类型型 Calculation typeCalculation type 2. 2. 流流动动动动方向方向 Flow directionFlow direction 3. 3. 对对对对数平均温差校正数平均温差校正 LMTD correctionLMTD correction 4. 4. 换热换热换热换热 器器设设设设定定 Exchanger specificationExchanger specification HeatXHeatX模模 型参数型参数 HeatXHeatX 模型模型有四有四组设组设组设组设 定参数：定参数： 有两个有两个选项选项选项选项 ： 1 1、简简简简捷捷计计计计算算 Short-cutShort-cut 不考不考虑换热虑换热虑换热虑换热 器的几何器的几何结结结结构构对传热对传热对传热对传热 和和 压压压压降的影响。降的影响。 2 2、详详详详细计细计细计细计 算算 DetailedDetailed 根据根据换热换热换热换热 器的几何器的几何结结结结构和流构和流场场场场情况情况进进进进 行行传热传热传热传热 和和压压压压降降计计计计算。首先确定算。首先确定 热侧热侧热侧热侧 管程管程/ /壳程；冷壳程；冷侧侧侧侧管程管程/ /壳程壳程 HeatXHeatX计计 算类型算类型 1 1、逆流、逆流 CountercurrentCountercurrent HeatXHeatX 流流 动方向动方向 2 2、并流、并流 CocurrentCocurrent 有三个有三个选项选项选项选项 ： 1 1、常数、常数 ConstantConstant 由用由用户户户户指定校正系数，可指定校正系数，可查查查查手册。手册。 2 2、几何、几何结结结结构构 GeometryGeometry 由由软软软软件根据件根据换热换热换热换热 器器结结结结构和流构和流动动动动情况情况计计计计算。算。 3 3、用、用户户户户子程序子程序 User-User-subrsubr HeatXHeatX LMTDLMTD校正校正 1. 1. 热物流出口温度热物流出口温度 (Hot stream outlet temperature)(Hot stream outlet temperature) 2. 2. 热物流出口温降热物流出口温降 (Hot stream outlet temperature decrease)(Hot 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 (Hot stream outlet degrees subcoolingsubcooling) ) 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) HeatXHeatX 换热换热 器设定器设定 (1)(1) 共共 有有 1313 个个 选选选选 项项项项 6. 6. 冷物流出口温度冷物流出口温度 (Cold stream outlet temperature)(Cold stream outlet temperature) 7. 7. 冷物流出口温升冷物流出口温升 (Cold stream outlet temperature increase)(Cold stream outlet temperature increase) 8. 8. 冷物流出口温差冷物流出口温差 (Cold stream outlet temperature approach)(Cold stream outlet temperature approach) 9. 9. 冷物流出口过热度冷物流出口过热度 (Cold stream outlet degrees superheat)(Cold 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) HeatXHeatX 换换 热器设定热器设定 (2)(2) 11.11. 传热面积传热面积 (Heat transfer area)(Heat transfer area) 12.12. 热负荷热负荷 (Exchanger duty)(Exchanger duty) 13.13. 几何条件几何条件 (Geometry)(Geometry) HeatXHeatX 换换 热器设定热器设定(3)(3) HeatXHeatX 热物流热物流 出口温差出口温差 HeatXHeatX 冷物流冷物流 出口温差出口温差 压压压压降降 ( Pressure Drop )( 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 HeatXHeatX 简捷计算简捷计算 总传热总传热总传热总传热 系数方法系数方法 ( U methods )( U methods ) 常数常数 (Constant)(Constant) 相态法相态法 (Phase specific values)(Phase specific values) 幂函数幂函数 (Power law expression)(Power law expression) U= U=U Urefref(Flow/Flow(Flow/Flowrefref)exponent)exponent 压压压压降降 ( Pressure Drop )( 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 ) 根据几何结构计算根据几何结构计算 ( Calculated from geometry )( Calculated from geometry ) 总传热总传热总传热总传热 系数方法系数方法 ( U methods )( U methods ) 常数常数 ( Constant )( Constant ) 相态法相态法 ( Phase specific values )( Phase specific values ) 幂函数幂函数 ( Power law expression )( Power law expression ) 几何结构几何结构 ( Exchanger Geometry )( Exchanger Geometry ) 传热膜系数传热膜系数 ( Film coefficients ) ( Film coefficients ) HeatXHeatX 详细计算详细计算 HeatXHeatX几何结几何结 构构（壳程（壳程1 1） HeatXHeatX几何结几何结 构构（壳程（壳程2 2） HeatXHeatX几何结几何结 构构（挡板（挡板1 1） Segmental BaffleSegmental Baffle HeatXHeatX几何结几何结 构构（挡板（挡板2 2） Rod BaffleRod Baffle HeatXHeatX几何结几何结 构构（管程（管程1 1） HeatXHeatX几何结几何结 构构（管程（管程2 2） 用1200 kg/hr饱饱和水蒸汽 (0.3 MPa)加 热热2000 kg/hr 甲醇 (20 、0.3 MPa)。 离开换热换热 器的蒸汽冷凝水压压力为为0.28 MPa、过过冷度为为2 。换热换热 器传热传热 系 数根据相态选择态选择 。求甲醇出口温度、 相态态、需要的换热换热 面积积。 HeatXHeatX 应应 用示例用示例 (1)(1)