化工流程模拟实训ppt课件

1、第第6章章 换热器单元模拟换热器单元模拟换热器单元模拟换热器单元模拟6.1 概述概述6.2 换热器换热器Heater6.3 换热器换热器HeatX6.1 概述概述1、如：开水锅炉、水杯、冰箱、空调等。、如：开水锅炉、水杯、冰箱、空调等。2、是许多工业部门广泛运用的通用工艺设备。通常，在化工厂的、是许多工业部门广泛运用的通用工艺设备。通常，在化工厂的建立中，换热器约占总投资的建立中，换热器约占总投资的11 40 。 换热器定义：换热器是用来改动物流热力学形状的传热换热器定义：换热器是用来改动物流热力学形状的传热设备。设备。 Aspen Plus 换热器单元模块阐明：换热器单元模块阐明：模块说明功

2、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6.2 换热器换热器Heater Heater 模型用于模拟单股或多股物流，使其变成某模型用于模拟单股或多股物流，使其变成某一特定形状下的单股物流一特定形状下的单股物流 ；也可经过设定条件来求知组成；也可经过设定条件来求知组成物流的热力学形状。物流的热力学形状。求知物流的泡点或者露点求知物流的泡点或者露点求知物流的过热或者过冷的匹配温度求知物流的过热或者过冷

3、的匹配温度计算物流到达某一形状所需热负荷计算物流到达某一形状所需热负荷模拟加热器冷却器或换热器的一侧模拟加热器冷却器或换热器的一侧模拟泵、紧缩机、紧缩机仅改动压力，不涉及功率模拟泵、紧缩机、紧缩机仅改动压力，不涉及功率Heater可以进展以下类型的单相或多相计算：可以进展以下类型的单相或多相计算：6.2 换热器换热器Heater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n典型的典型的HeaterHeater流程衔接图流程衔接图nHeaterHeater模型设定参数模型设定参数闪蒸规定(Flash specifications)有效相态(

4、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-FreewaterHeaterHeater模型有两组模型设定参数：闪蒸规定与有

5、效相态模型有两组模型设定参数：闪蒸规定与有效相态6.2 换热器换热器Heater留意：指定压力留意：指定压力(Pressure)(Pressure)，当指定值，当指定值00时，代表出口的绝对压力值；时，代表出口的绝对压力值；当指定值当指定值00，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。nHeaterHeater的常用的几种闪蒸规定组合的常用的几种闪蒸规定组合6.2 换热器换热器Heater压力（或压降）与右列之一压力（或压降）与右列之一出口温度出口温度热负荷或者入口热流率热负荷或者入口热流率汽化分率汽化分率温度改变温度改变过冷度或过热度过冷度或过热度出口温度或温度改变

6、与右列之一出口温度或温度改变与右列之一压力压力热负荷热负荷汽化分率汽化分率nHeaterHeater运用实例运用实例6.2 换热器换热器Heater例例6.1 256.1 25、压力、压力0.4MPa0.4MPa、流率、流率5000kg/hr5000kg/hr的软水在锅炉中的软水在锅炉中被加热变成被加热变成0.45MPa0.45MPa的饱和蒸汽，物性方法选用针对水蒸的饱和蒸汽，物性方法选用针对水蒸汽体系的汽体系的IAPWS-95IAPWS-95。求所需的锅炉供热量。求所需的锅炉供热量。例例6.2 流率为流率为500kg/hr、压力为、压力为0.1MPa、含乙醇、含乙醇60%w、水、水40%w的

7、饱和蒸汽在冷凝器中部分冷凝。的饱和蒸汽在冷凝器中部分冷凝。冷凝器的压降为冷凝器的压降为0，冷凝物流的汽，冷凝物流的汽/液比液比mol为为1/1，物性方法选用物性方法选用UNIQUAC。求冷凝器热负荷。求冷凝器热负荷。 换热器换热器HeatXHeatX用于模拟两股物流逆流或并流换热时的热量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展简捷计算交换过程，可以对大多数类型的双物流换热器进展简捷计算或详细计算。或详细计算。6.2 换热器换热器HeatX逆流逆流/ /并流并流Countercurrent / Cocurrent)Countercurrent / Coc

8、urrent)壳程采用折流板壳程采用折流板Segmental Baffle in Shell)Segmental Baffle in Shell)壳程采用棍式挡板壳程采用棍式挡板Rod Baffle in Shell)Rod Baffle in Shell)裸管裸管/ /低翅片管低翅片管Bare/Low-finned Tubes)Bare/Low-finned Tubes) 模拟下述常见构造的管模拟下述常见构造的管- -壳式换热器：壳式换热器：n典型的典型的HeatXHeatX流程衔接流程衔接6.2 换热器换热器HeatXnHeatx的模型设定参数的模型设定参数 HeatX 的设定要从的设定要

9、从HeatX的的Specification页面进展操作，有页面进展操作，有四组设定参数：四组设定参数：1、计算类型、计算类型Calculation2 、 流 动 方 式 、 流 动 方 式 F l o w arrangement3、运算方式、运算方式Type4、换热器设定、换热器设定Exchanger specification6.2 换热器换热器HeatX6.2 换热器换热器HeatX1、Calculation栏中有五个选项：栏中有五个选项：1简捷计算简捷计算 Short-cut2详细计算详细计算 Detailed3管壳式换热器计算管壳式换热器计算Shell&Tube4空冷器计算空冷

10、器计算 AirCooled5板式换热器计算板式换热器计算Plate heat exchangersnHeatx的模型设定参数的模型设定参数2、流动方式设定包括以下选项：、流动方式设定包括以下选项：1热流体热流体(Hot fluid)流动方式：流动方式： 热流体走壳程热流体走壳程 (Shell) /管程管程 (Tube) 2流动方向流动方向(Flow direction)： 逆流逆流(Countercurrent)/并流并流 (Cocurrent/多管程流动多管程流动(Multiple passes) nHeatx的模型设定参数的模型设定参数6.2 换热器换热器HeatX在换热器中，流体走管程在

11、换热器中，流体走管程/壳程，以下几点可作为选择的壳程，以下几点可作为选择的普通原那么：普通原那么：a) 不干净或易结垢的液体宜在管程，方便清洗。不干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遭到腐蚀。腐蚀性流体宜在管程，以免管束和壳体同时遭到腐蚀。c) 压力高的流体宜在管内，以免壳体接受压力。压力高的流体宜在管内，以免壳体接受压力。d) 饱和蒸汽宜走壳程，饱和蒸汽较清洁，外表传热系数与饱和蒸汽宜走壳程，饱和蒸汽较清洁，外表传热系数与流速无关，而且冷凝液易排出。流速无关，而且冷凝液易排出。e) 流量小而粘度大的流体普通以壳程为宜。流量小而粘度大的流体普通以壳

12、程为宜。f) 需求被冷却物料普通选壳程，便于散热。需求被冷却物料普通选壳程，便于散热。nHeatx的模型设定参数的模型设定参数6.2 换热器换热器HeatX3、Type选择框中有三个选项：选择框中有三个选项：1设计设计 Design2核算核算 Rating3模拟模拟 SimulationCalculation与与Type两组选项按下述方式配合运用：详细计算只两组选项按下述方式配合运用：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构造和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构造和流动情况计算实践的热面积、传热系数、对数平均温度校正因子和压流动情况计算实践的热面

13、积、传热系数、对数平均温度校正因子和压降。降。 运用核算选项时，模块根据设定的换热要求计算需求的换热面积。运用核算选项时，模块根据设定的换热要求计算需求的换热面积。运用模拟选项时，模块根据实践的换热面积计算两股物流的出口运用模拟选项时，模块根据实践的换热面积计算两股物流的出口形状。形状。nHeatx的模型设定参数的模型设定参数6.2 换热器换热器HeatX4、换热器闪蒸规定包括、换热器闪蒸规定包括13个选项：个选项：1 热物流出口温度热物流出口温度 (Hot stream outlet temperature)2 热物流出口相对于热物流入口温降热物流出口相对于热物流入口温降 (Hot stre

14、am outlet temperature decrease)3 热物流出口温差热物流出口温差 (Hot stream outlet temperature approach)4 热物流出口过冷度热物流出口过冷度 (Hot stream outlet degrees subcooling)5 热物流出口蒸汽分率热物流出口蒸汽分率 (Hot stream outlet vapor fraction)6 冷物流出口温度冷物流出口温度 (Cold stream outlet temperature)nHeatx的模型设定参数的模型设定参数6.2 换热器换热器HeatXnHeatx的模型设定参数的模型

15、设定参数留意：对于并流或者逆流换热来讲，热物流出口温差的表留意：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。示方法是不同的。6.2 换热器换热器HeatX7 冷物流出口相对于冷物流入口温升冷物流出口相对于冷物流入口温升 (Cold stream outlet temperature increase)8 冷物流出口温差冷物流出口温差 (Cold stream outlet temperature approach)9 冷物流出口过热度冷物流出口过热度 (Cold stream outlet degrees superheat)10冷物流出口蒸汽分率冷物流出口蒸汽分率 (Cold

16、 stream outlet vapor fraction)11传热面积传热面积 (Heat transfer area)12热负荷热负荷 (Exchanger duty)13几何条件几何条件 (Geometry)详细计算时采用详细计算时采用nHeatx的模型设定参数的模型设定参数6.2 换热器换热器HeatXnHeatx的模型设定参数的模型设定参数留意：对于并流或者逆流换热来讲，冷物流出口温差的表留意：对于并流或者逆流换热来讲，冷物流出口温差的表示方法是不同的。示方法是不同的。6.2 换热器换热器HeatXHeatX模块可以对大多类型的双物流换热器进展简捷的或模块可以对大多类型的双物流换热器

17、进展简捷的或严厉的计算这两种计算方法的主要区别是总的传热系数的计严厉的计算这两种计算方法的主要区别是总的传热系数的计算程序：算程序： 简捷法总是采用用户规定的或缺省的总的传热系数值。简捷法总是采用用户规定的或缺省的总的传热系数值。 严厉方法采用膜系数的严厉热传送方程，并能合并由于壳严厉方法采用膜系数的严厉热传送方程，并能合并由于壳侧和管侧膜所带来的管壁阻力来计算总的传热系数，用这种侧和管侧膜所带来的管壁阻力来计算总的传热系数，用这种方法时，用户需求知道几何尺寸。方法时，用户需求知道几何尺寸。 nHeatx简捷计算与严厉计算简捷计算与严厉计算6.2 换热器换热器HeatXnHeatx严厉计算变量

18、以及运用准那么严厉计算变量以及运用准那么严厉法核算模型对严厉法核算模型对HeatX提供了较多的规定选项，因此也提供了较多的规定选项，因此也需求较多的输入。严厉法核算模型提供了很多缺省的选项，需求较多的输入。严厉法核算模型提供了很多缺省的选项，用户可以改动缺省的项来控制整个计算。用户可以改动缺省的项来控制整个计算。这些选项包括以下计算变量：这些选项包括以下计算变量：LMTD对数平均温差校正因子、对数平均温差校正因子、 U-methods传热系数、传热系数、 Film confficients膜系数、膜系数、 Pressure Drop压降等。压降等。6.2 换热器换热器HeatX6.2 换热器换

19、热器HeatXnHeatx 严厉计算变量以及运用准那么严厉计算变量以及运用准那么变量变量计算方法计算方法简捷法使用准则简捷法使用准则严格法使用准则严格法使用准则LMTD对数平均温对数平均温差校正因子差校正因子常数常数Constant（由用户指定校正（由用户指定校正系数，也可查手册）系数，也可查手册）DefaultYes几何尺寸几何尺寸GeometryNoDefault用户子程序用户子程序User-subroutineNoYes计算法计算法Calculated多管程时可用多管程时可用多管程时可用多管程时可用nHeatx 严厉计算变量以及运用准那么严厉计算变量以及运用准那么6.2 换热器换热器He

20、atX变量变量计算方法计算方法简捷法使用准则简捷法使用准则严格法使用准则严格法使用准则U-methods传热系数传热系数常数常数Constant U valueYesYes相态法相态法Phase specific valuesDefaultYes幂函数幂函数Power lawex pressionYesYes换热器几何尺寸换热器几何尺寸Exchanger GeometryNoDefault膜系数膜系数Film confficientsNoYes用户子程序用户子程序User-subroutineNoYesnHeatx 严厉计算变量以及运用准那么严厉计算变量以及运用准那么6.2 换热器换热器Hea

21、tX变量变量计算方法计算方法简捷法使用准则简捷法使用准则严格法使用准则严格法使用准则Film confficients膜系数膜系数常数常数Constant U valueNoYes相态法相态法Phase specific valuesNoYes幂函数幂函数Power law expressionNoYes由几何尺寸计算由几何尺寸计算Calculate from geometryNoDefaultnHeatx 严厉计算变量以及运用准那么严厉计算变量以及运用准那么6.2 换热器换热器HeatX变量变量计算方法计算方法简捷法使用准则简捷法使用准则严格法使用准则严格法使用准则Pressure Pres

22、sure DropDrop压降压降由出口压力计算由出口压力计算Outlet pressureOutlet pressureDefaultDefaultYesYes由几何尺寸计算由几何尺寸计算Calculate from geometryCalculate from geometryNoNoDefaultDefaultnHeatx 严厉计算变量以及运用准那么严厉计算变量以及运用准那么留意：留意： U-methods传热系数、传热系数、Film confficients膜系数的计算膜系数的计算方法中的相态法需求分别指定冷热两侧不同相态组合下的传方法中的相态法需求分别指定冷热两侧不同相态组合下的传热

23、系数。热系数。 对于压降，当指定热侧和冷侧的出口压力对于压降，当指定热侧和冷侧的出口压力(Outlet pressure)时，假设指定值时，假设指定值0，代表出口的绝对压力值；指，代表出口的绝对压力值；指定值定值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。6.2 换热器换热器HeatXnHeatx 换热器的几何构造参数换热器的几何构造参数详细计算时需输入换热器的几何构造参数。包括以管详细计算时需输入换热器的几何构造参数。包括以管壳式换热器为例壳程壳式换热器为例壳程(Shell)、管程、管程(Tubes)、管翅、管翅(Tubefins)、挡板、挡板(Baffles)和管

24、嘴和管嘴(Nozzles)等。等。6.2 换热器换热器HeatX壳程壳程(Shell)表单中允许用户对以下参数进展设置：表单中允许用户对以下参数进展设置：壳程类型壳程类型TEMA shell type管程数管程数No. of tube passes换热器方位换热器方位Exchanger orientation密封条数密封条数Number of sealing strippairs管程流向管程流向Direction of tubeside flow壳内径壳内径Inside shell diameter壳壳/管束间隙管束间隙Shell to bundle clearance串联壳程数串联壳程数Nu

25、mber of shells in Series并联壳程数并联壳程数Number of shells in ParallelnHeatx 换热器的几何构造参数换热器的几何构造参数6.2 换热器换热器HeatX壳程壳程(Shell)表单输入界面：表单输入界面：6.2 换热器换热器HeatXnHeatx 换热器的几何构造参数换热器的几何构造参数 管程管程(Tubes)表单中允许用户对以下参数进展设置：表单中允许用户对以下参数进展设置：1管类型管类型Select tube type 裸管裸管Bare tube 翅片管翅片管Finned tube2管程布置管程布置Tube layout 总管数总管数T

26、otal number 管长管长Length 陈列方式陈列方式Pattern 管心距管心距Pitch 资料资料Material 导热系数导热系数ConductivitynHeatx 换热器的几何构造参数换热器的几何构造参数6.2 换热器换热器HeatX 管程管程(Tubes)表单中允许用户对以下参数进展设置：表单中允许用户对以下参数进展设置：3管子尺寸管子尺寸Tubesize实践尺寸或者公称尺寸设定实践尺寸或者公称尺寸设定实践尺寸实践尺寸Actual 内径内径Inner diameter 外径外径Outer diameter 厚度厚度Tube thickness公称尺寸公称尺寸Nominal

27、直径直径Diameter BWG规格规格Birmingham wire gaugenHeatx 换热器的几何构造参数换热器的几何构造参数6.2 换热器换热器HeatXnHeatx 换热器的几何构造参数换热器的几何构造参数6.2 换热器换热器HeatX 管程管程(Tubes)表单输入界面：表单输入界面：nHeatx 换热器的几何构造参数换热器的几何构造参数对于翅片管，还需从管翅对于翅片管，还需从管翅(Tube fins)中输入以下参数：中输入以下参数：6.2 换热器换热器HeatX翅片高度翅片高度Fin height 翅片高度翅片高度Fin height 翅片根部平均直径翅片根部平均直径Finr

28、oot mean diameter翅片间距翅片间距Finspacing 翅片数单位长度翅片数单位长度Number of fins unit length 翅片厚度翅片厚度Fin thickness可选项可选项Optional 翅化面积与管内面积之比翅化面积与管内面积之比Ratio of finned area to inside tube area 翅片效率翅片效率Fin efficiencynHeatx 换热器的几何构造参数换热器的几何构造参数 对于翅片管，还需从管翅对于翅片管，还需从管翅(Tube fins)输入界面：输入界面：6.2 换热器换热器HeatX挡板挡板(Baffles)中有两

29、种挡板构造可供选用：圆缺挡板中有两种挡板构造可供选用：圆缺挡板Segmental baffle、 棍式挡板棍式挡板RodbafflenHeatx 换热器的几何构造参数换热器的几何构造参数6.2 换热器换热器HeatX一切壳程中的挡板总数一切壳程中的挡板总数No. ofbaffles，all passes挡板圆缺率挡板圆缺率Bafflecut (fraction of shell diameter)管板到第一挡板间距管板到第一挡板间距Tube sheet to 1st baffle spacing挡板间距挡板间距Baffle to baffle spacing最后挡板与管板间距最后挡板与管板间距

30、Last baffle to tubesheet spacing壳壁壳壁/挡板间隙挡板间隙Shell-baffle clearance管壁管壁/挡板间隙挡板间隙Tube-baffle clearancenHeatx 换热器的几何构造参数换热器的几何构造参数6.2 换热器换热器HeatX圆缺挡板圆缺挡板Segmental baffle需输入以下参数：需输入以下参数：nHeatx 换热器的几何构造参数换热器的几何构造参数6.2 换热器换热器HeatX圆缺挡板圆缺挡板Segmental baffle参数输入界面：参数输入界面：留意：留意： 安装折流挡板的目的是为提高管外外表传热系数，为安装折流挡板的

31、目的是为提高管外外表传热系数，为获得良好的效果，挡板的外形和间距必需适当。获得良好的效果，挡板的外形和间距必需适当。对圆缺形挡板而言，弓形缺口的大小对壳程流体的流对圆缺形挡板而言，弓形缺口的大小对壳程流体的流动情况有重要影响。弓形缺口太大或太小都会产生动情况有重要影响。弓形缺口太大或太小都会产生死区死区，既不利于传热，又往往添加流体阻力。既不利于传热，又往往添加流体阻力。 挡板的间距对壳体的流动亦有重要的影响。间距太大，挡板的间距对壳体的流动亦有重要的影响。间距太大，不能保证流体垂直流过管束，使管外外表传热系数下降；不能保证流体垂直流过管束，使管外外表传热系数下降；间距太小，不便于制造和检修，

32、阻力损失亦大。普通取挡间距太小，不便于制造和检修，阻力损失亦大。普通取挡板间距为壳体内径的板间距为壳体内径的0.21.0倍。倍。nHeatx 换热器的几何构造参数换热器的几何构造参数6.2 换热器换热器HeatX棍式挡板棍式挡板RodbaffleRodbaffle需输入以下参数：需输入以下参数：nHeatx 换热器的几何构造参数换热器的几何构造参数6.2 换热器换热器HeatX一切壳程中的挡板总数一切壳程中的挡板总数No. of baffles，all passes圆环内径圆环内径Inside diameter of ring圆环外径圆环外径Outside diameter of ring支撑

33、棍直径支撑棍直径Support rod diameter每块挡板的支撑棍总长每块挡板的支撑棍总长Total length of support rods per baffle棍式挡板棍式挡板Rodbaffle参数输入界面：参数输入界面：nHeatx 换热器的几何构造参数换热器的几何构造参数6.2 换热器换热器HeatX管嘴管嘴Nozzle表单中允许用户对以下参数设定：表单中允许用户对以下参数设定：nHeatx 换热器的几何构造参数换热器的几何构造参数6.2 换热器换热器HeatX壳程管嘴直径壳程管嘴直径Enter shellside nozzle diameters进口管嘴直径进口管嘴直径In

34、et nozzle diameter出口管嘴直径出口管嘴直径Outlet nozzle diameter管程管嘴直径管程管嘴直径Enter tubeside nozzle diameters进口管嘴直径进口管嘴直径Inlet nozzle diameter出口管嘴直径出口管嘴直径Outlet nozzle diameter管嘴管嘴Nozzle表单参数输入界面：表单参数输入界面：nHeatx 换热器的几何构造参数换热器的几何构造参数6.2 换热器换热器HeatX运算终了后，可以在运算终了后，可以在Blocks | 换热器换热器 | Thermol Result | Summary查看换热器结果简捷计算与详细计算都可以在查看换热器结果简捷计算与详细计算都可以在此查看结