Aspenplus熱過程單元的仿真設(shè)計(jì)一

會(huì)計(jì)學(xué)1Aspenplus熱過程單元的仿真設(shè)計(jì)一傳熱單元模型的分類(2)第2頁/共55頁第1頁/共55頁Heater

加熱器模型Heater模型用于模擬以下單元，改變單股物流的溫度、壓力和相態(tài)：加熱器冷卻器閥門（僅改變壓力，不涉及阻力）泵（僅改變壓力，不涉及功率）壓縮機(jī)（僅改變壓力，不涉及功率）第3頁/共55頁第2頁/共55頁Heater

加熱器模型（2）第4頁/共55頁第3頁/共55頁Heater——

連接Heater

模型的連接圖如下：第5頁/共55頁第4頁/共55頁1、閃蒸規(guī)定(Flashspecifications)

（1）溫度Temperature

（2）壓力Pressure

（3）溫度改變Temperaturechange

（4）蒸汽分率Vaporfraction

（5）過熱度Degreesofsuperheating

（6）過冷度Degreesofsubcooling

（7）熱負(fù)荷HeatdutyHeater

—模型參數(shù)Heater模型有兩組模型設(shè)定參數(shù)：從中任選兩項(xiàng)第6頁/共55頁第5頁/共55頁Heater

—模型參數(shù)（2）第7頁/共55頁第6頁/共55頁2、有效相態(tài)(ValidPhase)（1）蒸汽 （2）液體（3）固體 （4）汽—液（5）汽—液—液 （6）液—游離水（7）汽—液—游離水Heater

—模型參數(shù)（3）Heater模型有兩組模型設(shè)定參數(shù)：第8頁/共55頁第7頁/共55頁Heater

—模型參數(shù)（4）第9頁/共55頁第8頁/共55頁

溫度20℃、壓力0.41MPa、流量4000kg/hr

的軟水在鍋爐中加熱成為0.39MPa的飽和水蒸氣進(jìn)入生蒸汽總管。求所需的鍋爐供熱量。

Heater—

應(yīng)用示例(1)第10頁/共55頁第9頁/共55頁

流量為1000kg/hr（0.4MPa）的飽和水蒸汽用蒸汽過熱器加熱到過熱度100℃（0.39MPa），求過熱蒸汽溫度和所需供熱量。

Heater—

應(yīng)用示例(2)第11頁/共55頁第10頁/共55頁

流量為1000kg/hr、壓力為0.11MPa、含乙醇70%w、水30%w的飽和蒸汽在蒸汽冷凝器中部分冷凝，冷凝物流的汽/液比（摩爾）=1/3。求冷凝器熱負(fù)荷。

Heater—

應(yīng)用示例(3)第12頁/共55頁第11頁/共55頁

案例研究(CaseStudy)是ASPENPlus提供的模型分析工具(ModelAnalysisTools)之一。當(dāng)需要對(duì)多個(gè)不同的工況條件的結(jié)果進(jìn)行比較時(shí)，尤其是不同工況有多個(gè)且數(shù)目不等的參數(shù)需要改變時(shí)，案例研究工具提供了非常方便的手段:一次輸入所有工況的參數(shù)值，通過批處理運(yùn)行方式計(jì)算出全部結(jié)果，自動(dòng)輸出到結(jié)果文件中。CaseStudy—

案例研究第13頁/共55頁第12頁/共55頁CaseStudy—

案例研究（2）第14頁/共55頁第13頁/共55頁CaseStudy—

參數(shù)定義

首先在改變(Vary)表單中定義不同案例中需要改變的變量：使用變量序號(hào)(Variablenumber)下拉框中的新建(new)選項(xiàng)增添新的變量；使用調(diào)節(jié)變量(Manipulatedvariable)欄中的一組下拉框設(shè)定每一個(gè)變量的定義。第15頁/共55頁第14頁/共55頁CaseStudy—參數(shù)定義（2）第16頁/共55頁第15頁/共55頁CaseStudy—

參數(shù)賦值

然后在規(guī)定(Specification)表單中定義不同案例中調(diào)節(jié)變量的值：使用案例序號(hào)(Casenumber)下拉框中的新建(new)選項(xiàng)增添新的案例；在調(diào)節(jié)變量值(Valuesofmanipulatedvariable)表的單元格中按順序輸入相應(yīng)案例里每一個(gè)調(diào)節(jié)變量的給定值。第17頁/共55頁第16頁/共55頁CaseStudy—

參數(shù)賦值（2）第18頁/共55頁第17頁/共55頁CaseStudy—

批處理運(yùn)行

完成案例定義后，從窗口的級(jí)聯(lián)式菜單中選擇“運(yùn)行→批處理→提交”命令

Run→Batch→Submit并在彈出的對(duì)話框中設(shè)定運(yùn)行代號(hào)(RunID)，運(yùn)行結(jié)果輸出文件將采用運(yùn)行代號(hào)作為文件名。第19頁/共55頁第18頁/共55頁CaseStudy—批處理運(yùn)行（2）第20頁/共55頁第19頁/共55頁CaseStudy—批處理運(yùn)行（3）第21頁/共55頁第20頁/共55頁CaseStudy—

結(jié)果查看

案例研究的模擬結(jié)果采用文件輸出，不能直接從圖形用戶界面中查看。運(yùn)行完成后，會(huì)在工作目錄下自動(dòng)生成輸入(*.inp)、狀態(tài)(*.sta)、簡(jiǎn)匯(*.sum)和輸出(*.out)四個(gè)文本文件，結(jié)果數(shù)據(jù)在*.out文件中，可用文本編輯軟件打開查看和編輯。第22頁/共55頁第21頁/共55頁

流量為100kg/hr、壓力為0.2MPa、溫度為20℃的丙酮通過一電加熱器。當(dāng)加熱功率分別為2kW、5kW、10kW和20kW時(shí)，求出口物流的狀態(tài)。

Heater—

應(yīng)用示例(4)第23頁/共55頁第22頁/共55頁Heater

—物性計(jì)算

利用Heater模塊可以很方便地計(jì)算混合物在給定熱力學(xué)狀態(tài)下的各種物性數(shù)據(jù)，如泡點(diǎn)、露點(diǎn)、飽和蒸汽壓、密度、粘度、熱容、導(dǎo)熱系數(shù)等等：只需將給定組成的物流導(dǎo)入Heater模塊，根據(jù)給定的熱力學(xué)狀態(tài)設(shè)定Heater的模型參數(shù)，并在總Setup的ReportOptions中設(shè)定相應(yīng)的輸出參數(shù)選項(xiàng)即可。第24頁/共55頁第23頁/共55頁

求壓力為0.2MPa，含甲醇30%w、乙醇20%w、正丙醇20%w、水30%w的混合物的泡點(diǎn)和露點(diǎn)。

Heater—

應(yīng)用示例(5)第25頁/共55頁第24頁/共55頁HeatX

換熱器模型逆流/并流（Countercurrent/Cocurrent)折流板殼程（SegmentalBaffleShell)棍式擋板殼程（RodBaffleShell)裸管/低翅片管（Bare/Low-finnedTubes)HeatX模型用于模擬下述結(jié)構(gòu)的管—?dú)な綋Q熱器：計(jì)算兩股物流之間的熱量交換。第26頁/共55頁第25頁/共55頁HeatX

換熱器模型（2）第27頁/共55頁第26頁/共55頁HeatX——

連接HeatX

模型的連接圖如下：第28頁/共55頁第27頁/共55頁計(jì)算類型

Calculation流動(dòng)方式

Flowarrangement換熱器設(shè)定

ExchangerspecificationHeatX—模型設(shè)定HeatX

的設(shè)定從規(guī)定(Specification)表單著手，有三組設(shè)定參數(shù)：第29頁/共55頁第28頁/共55頁HeatX—模型設(shè)定（2）第30頁/共55頁第29頁/共55頁計(jì)算欄目中有三個(gè)選項(xiàng)：

1、簡(jiǎn)捷計(jì)算Short-cut

2、詳細(xì)計(jì)算

Detailed

3、Hetran

精確計(jì)算HetranRigorous

輸出Hetran軟件(換熱器設(shè)計(jì)專用軟件)的輸入文件供其精確計(jì)算。下部的下拉式選擇框中也有三個(gè)選項(xiàng)：

1、設(shè)計(jì)Design

2、核算

Rating

3、模擬

Simulation兩組選項(xiàng)按下述方式配合使用：HeatX—計(jì)算類型第31頁/共55頁第30頁/共55頁HeatX—計(jì)算類型（2）第32頁/共55頁第31頁/共55頁簡(jiǎn)捷計(jì)算只能與設(shè)計(jì)或模擬選項(xiàng)配合。簡(jiǎn)捷計(jì)算不考慮換熱器幾何結(jié)構(gòu)對(duì)傳熱和壓降的影響，人為給定傳熱系數(shù)和壓降的數(shù)值。使用設(shè)計(jì)選項(xiàng)時(shí)，需設(shè)定熱(冷)物流的出口狀態(tài)或換熱負(fù)荷，模塊計(jì)算達(dá)到指定換熱要求所需的換熱面積。使用模擬選項(xiàng)時(shí)，需設(shè)定換熱面積，模塊計(jì)算兩股物流的出口狀態(tài)。HeatX—簡(jiǎn)捷計(jì)算第33頁/共55頁第32頁/共55頁流動(dòng)方式設(shè)定包括：1、熱流體(Hotfluid)流動(dòng)空間：

殼程

(Shell)/管程

(Tube)2、流動(dòng)方向(Flowdirection)：

逆流

(Countercurrent)

并流

(Co-current)

多管程流動(dòng)

(Multiplepasses)HeatX—流動(dòng)方式第34頁/共55頁第33頁/共55頁HeatX—流動(dòng)方式(2)第35頁/共55頁第34頁/共55頁1、逆流

CountercurrentHeatX—

流動(dòng)方向2、并流

Cocurrent第36頁/共55頁第35頁/共55頁熱物流出口溫度(Hotstreamoutlettemperature)熱物流出口溫降(Hotstreamoutlettemperaturedecrease)熱物流出口溫差(Hotstreamoutlettemperatureapproach)熱物流出口過冷度(Hotstreamoutletdegreessubcooling)熱物流出口蒸汽分率(Hotstreamoutletvaporfraction)HeatX—

換熱器設(shè)定共有13個(gè)選項(xiàng)第37頁/共55頁第36頁/共55頁HeatX—

熱物流出口溫差

第38頁/共55頁第37頁/共55頁冷物流出口溫度(Coldstreamoutlettemperature)冷物流出口溫升(Coldstreamoutlettemperatureincrease)冷物流出口溫差(Coldstreamoutlettemperatureapproach)冷物流出口過熱度(Coldstreamoutletdegreessuperheat)冷物流出口蒸汽分率(Coldstreamoutletvaporfraction)HeatX—

換熱器設(shè)定

(2)共有13個(gè)選項(xiàng)第39頁/共55頁第38頁/共55頁HeatX—

冷物流出口溫差

第40頁/共55頁第39頁/共55頁傳熱面積(Heattransferarea)熱負(fù)荷(Exchangerduty)幾何條件(Geometry)

在詳細(xì)計(jì)算時(shí)采用。HeatX—

換熱器設(shè)定(3)

共有13個(gè)選項(xiàng)第41頁/共55頁第40頁/共55頁

由于換熱器內(nèi)的流動(dòng)并非理想的并流或逆流，因此有效傳熱推動(dòng)力需在對(duì)數(shù)平均溫差(LMTD)的基礎(chǔ)上進(jìn)行校正。校正因子的計(jì)算方法有四個(gè)選項(xiàng)：1、常數(shù)Constant

由用戶指定校正系數(shù)，可查手冊(cè)。2、幾何結(jié)構(gòu)Geometry

由軟件根據(jù)換熱器結(jié)構(gòu)和流動(dòng)情況計(jì)算。3、用戶子程序

User-subr4、計(jì)算值

Calculated

流動(dòng)方向?yàn)槎喙艹塘鲃?dòng)時(shí)采用。HeatX—

LMTD校正第42頁/共55頁第41頁/共55頁HeatX—

LMTD校正（2）第43頁/共55頁第42頁/共55頁

壓降

(PressureDrop)分別指定熱側(cè)和冷側(cè)的出口壓力

(Outletpressure)

指定值

>0，代表出口的絕對(duì)壓力值

指定值

≤

0，代表出口相對(duì)于進(jìn)口的壓力降低值HeatX——

簡(jiǎn)捷計(jì)算

第44頁/共55頁第43頁/共55頁HeatX——

簡(jiǎn)捷計(jì)算（2）

第45頁/共55頁第44頁/共55頁總傳熱系數(shù)方法

(Umethods)常數(shù)

(Constant)相態(tài)法

(Phasespecificvalues)

分別指定冷熱兩側(cè)不同相態(tài)組合下的傳熱系數(shù)冪函數(shù)

(Powerlawexpression)U=Uref(Flow/Flowref)^exponentHeatX——

簡(jiǎn)捷計(jì)算（3）

第46頁/共55頁第45頁/共55頁HeatX——

U-相態(tài)法

第47頁/共55頁第46頁/共55頁HeatX——結(jié)果查看HeatX最重要的是熱參數(shù)結(jié)果(Thermalresults)，其下包括五張表單：概況Summary

衡算Balance

換熱器詳情Exchangerdetails

壓降/速度Predrop/velocities

分區(qū)Zones第48頁/共55頁第47頁/共55頁HeatX—