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aspenbjac模板

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aspen,b-jac,模板

　　篇一：

aspen设计换热器

　　aspenplus软件在管壳式换热器设计中的应用

　　摘要：

文章介绍了aspenplus软件在管壳式换热器设计中的应用。

通过与必要的手工计算相结合,便捷高效地设计出符合中国相关标准管壳式换热器的步骤和方法。

并以一个实例来演示所提方法的简单性和有效性,所得的换热面积相比节省了66.7%。

关键词：

换热器设计aspenplus

　　引言

　　aspenplus软件是一款功能强大的化工软件、动态模拟及各类计算的软件，它几乎能满足大多数化工设计及计算的要求，其计算结果得到许多同行的认可，该软件也和其他软件一样在不断的升级。

　　换热器是一种实现物料之间热量传递的设备,广泛应用于化工、冶金、电力、食品等行业。

在化工装置中换热设备占设备数量的40%左右,占总投资的35%~46%。

目前,在换热设备中,使用量最大的是管壳式换热器,尤其在高温、高压和大型换热设备中占有绝对优势。

换热器的设计主要包括传热和阻力计算两个方面。

由于换热器的设计方法比较烦杂,且需要迭代计算,故借助于日益普及的计算机软件进行优化设计则可以极大地提高工作效率。

　　目前,工程上已大量使用商业软件进行换热器的计算。

最著名的专业换热器计算软件主要有成立于1962年的美国传热研究公司（htRi）开发的xchangersuite软件;成立于1967年的英国传热及流体服务（htFs）开发的htFs系列软件和b-jac软件。

为了便于组织工业生产,换热器的设计要尽可能符合相关的行业标准。

对于管壳式换热器,国外主要标准有tema（tubularexchangersmanu-facturersassociation）和asme

　　（americansocietyofmechanicalengineers）;国内主要标准有国标gb151-1999（管壳式换热器标准）,行业标准jb/t4715-92（固定管板式换热器形式与基本参数）和hg21503-92（钢制固定式薄管板换热器）。

随着中国科技与经济实力的不断增强,愈来愈多

　　的科研单位和高校引进了国际流行的化工过程模拟系统如aspenplus、proii和hysys软件,这些软件都具有功能强大的物性计算系统和严格的换热器单元计算模型。

本文选用在中国较为流行的aspenplus作为（aspen,b-jac,模板）管壳式换热器优化设计的工具,提出高效地设计出符合中国相关工业标准管壳式换热器的详细步骤和方法。

应当指出,由于其他的模拟软件与aspenplus在功能上是相通的,因而本文所提出的设计步骤和方法也可为使用其他模拟软件进行换热器优化设计提供十分有益的借鉴。

　　一、问题定义

　　已知要被加热或冷却的工艺物流的流量、压力、组成、初始和目标温度,以及与之匹配换热的流股组成、初始和目标温度。

要求设计出符合相关行业标准的管壳式换热器,且该换热器能够完成指定的热交换负荷并符合给定的压力降要求。

优化的目标是在完成任务条件下所需的换热面积最小。

　　二、设计步骤

　　基于研究者的设计经验和aspenplus现有的功能,主要的设计步骤总结如下:

（1）根据换热流股所涉及的组分、操作温度和压力,选择适合的物性计算方法

　　（propertymethod）。

（2）选用aspenplus中的“heater”单元模型（只需输入一个流股数据,进行能量平衡计算）,输入工艺物流的相关数据,计算出换热器的负荷q。

（3）选用“heatx”模型（换热器严格计算模型）替换“heater”单元模型,并选用模型中的“shortcut”计算类型和“design”模式,以确定匹配热流股的流量。

（4）参考相关的国家和行业标准,根据工艺流股与匹配流股的物性以及操作条件,选定壳程与管程流股;选用“heatx”模型中的“detailed”计算类型和“Rating”模式,通过手工计算来选取离散变量和软件运算来进行能量平衡和严格压力降的计算;然后再基于所得结果进行调优直至满意为止,调优的原则是在压力降和标准许可的范围内,调整离散变量的取值以便提高总传热系数,从而节省传热面积。

　　（5）选用“heatx”模型中的“detailed”计算类型和“simulation”模式进行核算与验证。

　　（6）若上一步所得设计结果不符合面积裕度或者压力降约束,则返回至第4步。

　　三、设计实例

（一）给定条件换热器工艺流程,二氟二氯甲烷（氟里昂-12）（Freon-12,ccl2F2）作为工艺冷流股（图1）,流量是10560kg·h-1,压力为7.58×105pa（绝压,下同）,其温度需要从240k升至300k;与之匹配换热的热流股是乙二醇，其初始温度是350k,压力为2.02×105pa。

要求设计管壳式换热器完成上述任务。

另外,现场工程师推荐乙二醇的出口温度应当至少比冷流股的出口温度高10k,且使用碳钢传热管,要求壳程和管程的压力降均不超过6.8×104pa。

优化设计的目标是,在完成给定任务条件下,所需的换热器面积最小。

（二）设计过程

　　1.选择合适的物性计算方法由于匹配换热所涉及的流股组分为极性、非电解质且操作压力小于1.01×106pa,故选择nRtl类模型进行相关的物性计算。

应当指出,基于流股Freon-12数据,既使采用同属于nRtl类模型的不同物性计算方法,所得换热器的加热负荷也有明显差异,具体数据见表1,最大偏差为6%。

由此可见,用可靠的物性数据（表一）或者实验数据来选择合适的物性计算方法是十分必要的。

这里选择nRtl-hoc仅用于举例目的。

　　2.确定换热负荷选用“heater”单元模型,输入冷流股Freon-12的相关数据,计算出所需的热负荷为173840.5w。

应当指出,Freon-12流股的数据是不足以来计算热负荷的,还需设定出口压力或者气相分率,这里入口到出口的压力降是5.05×104pa。

原因是允许的压力降是6.8×104pa,若压力降大于7.07×104pa,则该流股在出口处会发生气化（这一点可以由泡点曲线（图2）或者给定出口的气相分率来确定）,意味着换热过程中涉及相变。

这种情况应尽可能避免。

　　3.确定匹配流股流量用heatx”模型替换“heater”单元模型,并输入热流股相关数据,选用“shortcut”计算类型进行换热器热量平衡计算。

此时乙二醇的流量待求,故在模型运行前需输入其流量的估计值6083kg·h-1,对应的出口温度是308.2k,不符合给定条件。

“designspec（设通过计给定）”模块,调整乙二醇的流量使其离开换热器时的出口温度正好为310k,计算得到的值为6342.18kg·h-1,其他的流股数据见表2。

这一步仅涉及物料和能量平衡计算,管程和壳程的压力降不考虑,暂均视为零。

　　4.换热器结构设计选用“heatx”模型中“detailed”计算方法和“Rating”模式,进行换热器的设计。

首先,需要选定壳程与管程流股。

基于上一步计算得到的物性数据,乙二醇流股的粘度在3cp以上,而Freon-12的粘度均小于1cp;另外Freon-12的压力为7.58×105pa,大于乙二醇流股的2.02×105pa;故选择Freon-12流股走管程,乙二醇流股走壳程。

利用软件的高效计算，最后,再借助手工计算确定换热器的结构尺寸。

①计算平均传热温差先按纯逆流计算。

　　②估算传热面积根据热流股是乙二醇,其粘度在1.0cp以上,冷流股也是有机物,粘度在1.0cp以下,总传热系数的范围是150~300w·m-2·k-1。

这里选取

　　200w·m-2·k-1作为总传热系数,由于总传热温差校正系数尚未考虑,故实际传热面积取估计值的120%,即14.6×1.2=17.5m2。

　　③管径和管内流速由于冷热流股的体积流量在100l·min-1左右,流量较小,按照固定管板式换热器形式与基本参数（jb/t4715-92标准）,选19×2的碳钢换热管。

考虑到第

（2）步确定的管程流股压力降应不大于7.07×104pa,故管内流速选取较低值,为1m·s-1（正常范围为0.5~3m·s-1）。

　　④管程数和传热管总根数流股Freon-12的平均体积流量式中,Vint和Voutt是在第

（2）步得到流股在入口和出口的体积流量。

经计算，单管程所需的传热管根数

　　:

　　篇二：

aspen模块意义

　　mixer

　　物流混合器

　　把多股物料流汇合成一股物流

　　把入口物流分成多个规定的出口物流把每个入口子物流分成多个规定的出口物流目的

　　用严格气-液或气-液-液平衡，把进料分成两股出口物流

　　用严格气-液-液平衡，把进料分成三股出口物流把进料分成两股液体出口物流

　　根据规定的流率或分流分率，把入口物流组分分成多股出口物流根据规定的流率、分率或纯度，把入口物流组分分成两股出口物流目的

　　确定出口物流的热和相态条件

　　在两个物流之间换热

　　混合三通型、物流混合操作、增加热流、增加功流

　　分流器、bleed（排气）阀

　　分流器、流体固体分离器

　　Fsplitssplit

　　分流器子物流分流器

　　模型Flash2

　　说明

　　两股出口流的闪蒸罐

　　用于

　　闪蒸罐、蒸发器、分液罐、单级分离器倾析器，有两个液相的单级分离器

　　倾析器，有两个液相和没有气相的单级分离器组分分离操作，例如蒸馏和吸收，当分离的细节不知道或不重要时组分分离操作，例如蒸馏和吸收，当分离的细节不知道或不重要时用于

　　加热器、冷却器、冷凝器等等

　　两股物流的换热器。

当知道几何尺寸时，核算管壳式换热器

　　多股热流和冷流换热器，两股物流的换热器，lng换热器

　　管壳式换热器，包括釜式再沸器

　　错流式换热器，包括空气冷却器

　　Flash3decantersep

　　三股出口流的闪蒸罐液-液倾析器组分分离器

　　sep2

　　两股出口流的组分分离器

　　模型heaterheatx

　　说明

　　加热器或冷却器两股物流的换热器

　　mheatx多股物流的换热器在多股物流之间换热

　　hetran管壳式换热器

　　提供b-jachetran管壳式换热器程序界面提供b-jacaerotran空冷换热器程序界面

　　aerotran空冷换热器

　　dstwu

　　使用

　　winn-underwood-gilliland方法设计简捷法蒸馏

　　使用edmister方法进行简捷法蒸馏核算复杂的多个石油分馏单元的简捷精馏严格分馏

　　确定最小回流比、最小级数或者一个进料物流和两个实际回流比、实际级数产品物流的塔

　　distl

　　确定以回流比、级数、馏出与进一个进料物流和两个料比为基准的分离程度产品物流的塔确定产品组成和流率、每段的级复杂塔例如原油单元数、使用分馏指数的热负荷和减压塔执行各塔严格核算和设计计算

　　普通蒸馏、吸收塔、

　　汽提塔、萃取和共沸蒸馏、三相蒸馏、反应蒸馏

　　热整合塔、空气分离塔、吸收/汽提塔组合、乙烯装置初馏塔和急冷塔组合、石油炼制应用

　　预闪蒸塔、常压原油单元、减压单元、催化裂化主分馏器、延迟焦化主分馏器、减压润滑油分馏器、乙烯装置初馏塔和急冷塔组合

　　scFrac

　　RadFrac

　　multiFrac严格法多塔精

　　馏对一些复杂的多塔执行严格核算和设计计算

　　petroFrac石油炼制分馏

　　对石油炼制应用中的复杂塔执行严格核算和设计计算

　　RateFrac

　　*

　　基于流率的蒸馏

　　对各和多塔执行严格核算与设蒸馏塔、吸收塔、汽计。

基于不平衡计算。

不需要效提塔、反应系统、热率和hetps。

整合单元、石油应用

　　例如原油和减压单元、吸收/汽提塔组合使用一个溶剂模拟一个液体物流的逆流抽提

　　液-液抽提塔

　　extract

　　严格液-液萃取

　　Rstoic

　　化学计量反应器

　　具有规定反应程度和转化率的化学计量反应器模型

　　具有规定收率的反应期模型通过化学计量计算实现化学和相平衡

　　通过gibbs自由能最小实现化学和相平衡

　　模拟连续搅拌釜式反应器

　　反应动力学不知道或不重要，但化学计量数和程度是已知的反应器。

　　Ryield收率反应器Requil平衡反应器

　　化学计量和反应动力学不知道或不重要，但收率分布已知的反应器。

化学平衡和相平衡同时发生的反应器。

　　化学平衡和相平衡同时发生的反应器，对固体溶液和气-液-固系统计算相平衡。

　　带反应速率控制和平衡反应的单相、两相或三相搅拌釜式反应器，在任何基于已知的化学计量和动力学的相态。

　　带反应速率控制的单相、两相或三相活塞流反应器，在任何基于已知的化学计量和动力学相态。

　　带反应速率控制的单相、两相或三相间歇和半间歇的反应器，在任何基于已知的化学计量和动力学的相态。

　　适用对象

　　泵或水力学透平机

　　多变压缩机、多变正位移压缩机、等熵压缩机、等熵透平机

　　多级多变压缩机、多变正位移压缩机、等熵压缩机、等熵透平机控制阀和压力变化

　　恒定直径的管线（可包括管件）

　　具有多段不同直径或标高的Rgibbsgibbs自由

　　能最小的平衡反应器RcstR连续搅拌釜

　　式反应器

　　Rplug

　　活塞流反应器间歇反应器

　　模拟活塞流反应器

　　模拟间歇或半间歇的反应器

　　Rbatch

　　模型pump（泵）compr（压缩机）

　　说明泵或水力学透平机压缩机或透平机

　　用途

　　当需要或已知功率时，改变物流压力当需要或已知功率时，改变物流压力通过级间带冷却器的各级改变物流压力。

级间冷却器可以有液相凝出物流。

模拟通过阀的压降模拟通过一单管段的压降

　　模拟通过一条管线或mcompr多级压缩机或（多级压缩机）透平机Valve（阀）pipe（管线）pipeline阀的压降单管段多段管线

　　pres-Relief--泄压模型模型

　　multduplclchng

　　结晶器

　　根据溶解度从溶液中产生结晶

　　粉碎固体粒子降低粒径根据粒径来分离固体粒子用袋室织布过滤器来把固体从气体里分离出来在旋风分离器里通过旋流把固体从气体里分离出来通过雾化液体直接接触来把固体从气体中分离出来用两盘间电荷来把固体从气体中分离出来

　　水力旋流器靠一股液流的离心力来把固体从入口液流中分离出来

　　用旋转筐从液体中分离固体

　　用连续旋转真空过滤器从液体中分离出固体用洗涤液体来模拟固体物流夹带液体的溶解组分回收

　　用洗涤液体来模拟固体物流带走液体的溶解组分多用途

　　用用户提供的Fortran子程序来模拟单元操作

　　用用户提供的Fortran子程序来模拟单元操作

　　混合悬浊液和混合产品的分离（msmpR）结晶器

　　湿的和干的粉碎机，主粉碎机和副粉碎机高的和低的

　　干和湿网式过滤器核算和设计袋室织布过滤器

　　核算和设计旋风分离器核算和设计文丘里涤气器

　　核算和设计干静电除尘器

　　核算或设计水力旋流器

　　物流倍增器

　　通过因子按比例调节物流

　　复制进料物流或内部物流

　　增加或删除流程段间的空固体子物流

　　乘一个因子以使组分和总流率成倍增加

　　物流复制器把入口物流复制成任意数目的

　　出口物流

　　物流组变化器改变模块与流程间段之间的物

　　流组

　　crusherscreenFabFlcycloneVscrubesphycyc

　　固体粉碎机固体分离器织布过滤器旋风分离器文丘里涤气器静电除尘器水力旋流器

　　cFugeFilterswash

　　离心过滤器旋转真空过滤器

　　单级固体洗涤器逆流倾析器

　　核算或设计离心过滤器核算或设计旋转真空过滤器

　　单级固体洗涤器

　　ccd多级固体洗涤器

　　模型描述

　　user用户定义的单元

　　操作模型user2用户定义的单元

　　操作模型

　　用于

　　有四股（或少些）入口和出口物流的单元操作对物流数没有限制的单元操作

　　篇三：

aspenplus介绍

　　aspenplus介绍（物性数据库）

　　aspenplus---生产装置设计、稳态模拟和优化的大型通用流程模拟系统

　　aspenplus是大型通用流程模拟系统，源于美国能源部七十年代后期在麻省理工学院（mit）组织的会战，开发新型第三代流程模拟软件。

该项目称为“过程工程的先进系统”（advancedsystemforprocessengineering，简称aspen）,并于1981年底完成。

1982年为了将其商品化，成立了aspentech公司，并称之为aspenplus。

该软件经过20多年来不断地改进、扩充和提高，已先后推出了十多个版本，成为举世公认的标准大型流程模拟软件，应用案例数以百万计。

全球各大化工、石化、炼油等过程工业制造企业及著名的工程公司都是aspenplus的用户。

它以严格的机理模型和先进的技术赢得广大用户的信赖，它具有以下特性：

aspenplus有一个公认的跟踪记录，在一个工艺过程的制造的整个生命周期中提供巨大的经济效益，制造生命周期包括从研究与开发经过工程到生产。

　　aspenplus使用最新的软件工程技术通过它的microsoftwindows图形界面和交互式客户-服务器模拟结构使得工程生产力最大。

　　aspenplus拥有精确模拟范围广泛的实际应用所需的工程能力，这些实际应用包括从炼油到非理想化学系统到含

　　电解质和固体的工艺过程。

　　aspenplus是aspentech的集成聪明制造系统技术的一个核心部分，该技术能在你公司的整个过程工程基本设施范围内捕获过程专业知识并充分利用。

　　在实际应用中，aspenplus可以帮助工程师解决快速闪蒸计算、设计一个新的工艺过程、查找一个原油加工装置的故障或者优化一个乙烯全装置的操作等工程和操作的关键问。

　　aspenplus功能

　　aspenplusaspentech工程套装软件（aes）的一个成员，它是一套非常完整产品，特别对整个工厂、企业工程流程工程实践和优化和自动化有着非常重要的促进作用。

自动的把流程模型与工程知识数据库、投资分析，产品优化和其它许多商业流程结合。

　　aspenplus包括数据，物性，单元操作模型，内置缺省值，

　　报告及为满足其它特殊工业应用所开发的功能。

比如像电解质模拟，aspenplus主要的功能如下：

　　windows交互性界面：

界面包括工艺流程图形视图，输入数据浏览视图，独特的"next"专家向导系统，来引导用户进行完整的、一致的流程的定义。

　　图形向导：

帮助用户很容易地把模拟结果创建成图形显示。

　　eo模型：

方程模型有着先进参数管理和整个模拟的灵敏分

　　析或者是模拟特定部分的分析。

序贯模块法和面向方程的解决技术允许用户模拟多嵌套流程。

即使很小问题也能很快地、精确的解决，比如像塔的dividedsumpsimulation.

　　activex（oleautomation）控件.可以和微软excel和Visualbasic方便的连接，支持ole（对象链接与嵌入）功能，比如像复制，粘贴或链接。

　　全面的单元操作：

包括气/液，气/液/液，固体系统和用户模型。

　　acmmodelexport选项：

用户可以在aspencustommodeler（acm）创建模拟模型和编译。

编译好的模型可以应用在aspenplus静态模拟中，可以是序贯模块法模式下或面向方程的解决方案的模式下。

　　热力学物性：

物性模型和数据是得到精确可靠的模拟结果的关键。

aspenplus使用广泛的、已经验证了的物性模型，数据和aspenproperties中可用估算方法，它涵盖了非常广泛的范围——从简单的理想物性流程到非常复杂的非理想混合物和电解质流程。

内置数据库包含有8500种组分物性数据，包括有机物，无机物，水合物，和盐类；还有4000种二元混合物的37,000组二元交互数据，二元交互数据来自于dortmund数据库，获得dechema授权。

　　收敛分析：

自动分析和建议优化的撕裂物流、流程收敛方法和计算顺序，即使是巨大的具有多个物流和信息循环的流

　　程，收敛分析非常方便。

　　calculatormodels计算模式：

包含ad-hoc计算与内嵌的FoRtRan和excel模型接口。

　　灵敏度分析：

非常方便地用表格和图形表示工艺参数随设备规定和操作条件的变化而变化。

　　案例研究：

用不同的输入进行多个模拟，比较和分析。

designspecification功能:

自动计算操作条件或设备参数，满足指定的性能目标。

　　数据拟合：

将工艺模型与真实的装置数据进行拟合，确保精确的和有效的真实装置模型。

　　优化功能：

确定装置操作条件，最大化任何规定的目标，如收率、能耗、物流纯度和工艺经济条件。

　　开放的环境：

可以很容易地和内部产品互相整合，或者是第三方软件。

可以是实用微软的excel，FoRtRan或者aspencustommodeler来创建模型，aspenplus支持工业标准，比如cape-open和ik-cape，aspentech是cape-open实验室网络的会员。

　　详细的换热器设计和核算

　　heatx使aspenplus与下面软件有接口：

　　tasc/aspenhetrantheaspenb-jacandhtFs（管壳式换热器设计,multitude换热器,套管换热器）

　　acol/aspenaerotrantheaspenb-jacandhtFs（空冷器设