HeatX-例6.3

例 6.3 在逆流操作的管壳式换热器中，用 温度为 40 ℃ ，压力为 1.4MPa和 流量 222200Kg/h的冷物流（ 正十二烷 ）将 温度为 200 ℃ ，压力 2.8MPa和 流量 65800kg/h的热物流（ 苯 ）冷却至 100 ℃， 热物流走壳程。采用HeatX模块进行简捷设计计算，估计换热器的总传热系数为500W/(m2.K ),试求两股物流出口状态及换热器热负荷，并生成换热器HEX的加热曲线。将计算模式调整为严格设计模式，管程和壳程的污垢热阻均为0.00018m2.K/W,管程和壳程的允许压降分别为0.03MPa和0.05MPa，换热管φ19mm × 2mm，管心距25mm，比较两种设计方法的设计结果。热力学方法选择PENG-ROB。

步骤：

启动 AspenPlus ，选择模板 General with MetricUnits ，文件保存为 Exaple6.3-Shortcut.bkp 。

建立如图所示的流程图，其中换热器（ HEX ）选用模块库中 Exchangers/ HeatX / GEN-HS 模块。  

点击 ，进入 Setup/Specifications/Global 页面，在名称（ Title ）框中输入 HeatX 。

点击 ，进入 Components/Specifications/Selection 页面，输入组分苯（ C ₆ H ₆ ）和正十二烷（ C ₁₂ H ₂₆ ）。

点击 ，进入 Methods/Specifications/Global 页面，选择物性方法 PENG-ROB 。

点击 ，进入 Streams/CI/Input/ Specifications 页面，输入冷物流信息，冷物流温度为 40 ℃，压力为 1.4MPa ，流率为 222200kg/h ，组分只含有正十二烷。

点击 ，进入 Streams/HI/Input/ Specifications 页面，输入热物流信息，热物流温度为 200 ℃，压力为 2.8MPa ，流率为 65800kg/h ，组分只含有苯。

点击 ，进入 Blocks/ HEX /Setup/Specifications 页面，进行换热器（ HEX ）设定。

在 HeatX 的 Specification 页面中有四组设定参数：计算类型（ Model fidelity ）、流动方式（ Flow arrangement ）、运算模式（ Calculation mode ）及换热器设定（ Exchanger specification ）。

计算类型（ Model fidelity ）中有五个选项：简捷计算（ Shortcut ）、详细计算（ Detailed ）、管壳式换热器计算（ Shell&Tube ）、空冷器计算（ AirCooled ）、板式换热器计算（ Plate ）。本题选择计算类型为 Shortcut 。

流动方式（ Flow arrangement ）流动方式设定包括以下选项：①热流体 (Hot fluid) ，走壳程 (Shell) 或者管程 (Tube) ；②流动方向 (Flow direction) ，逆流 (Countercurrent) 、并流 (Cocurrent ）、多管程流动 (Multiple passes) 。本题规定流动方式为 Countercurrent 。

运算模式（ Calculation mode ）包括：设计（ Design ）、校核（ Rating ）、模拟（ Simulation ）及最大污垢（ Multiple passes ）四个选项。使用设计选项时，模块可以完成简单的能力平衡和物料平衡等计算；使用校核选项时，模块可以根据设定的换热要求计算需要的换热面积；使用模拟选项时，模块可以根据实际的换热面积计算两股物流的出口状态。本题运算模式采用默认的 Design 。注意： Model fidelity 里的详细计算只能与 Calculation mode 里的校核或模拟选项配合。

对于换热器设定（ Exchangerspecification ）， HeatX 模块有 12 种情况可供用户设定：

• 热物流出口温度 (Hot stream outlet temperature)

• 热物流出口（相对于热物流入口）温降 (Hot stream outlettemperature decrease)

• 热物流出口温差 (Hot stream outlet temperatureapproach)

• 热物流出口过冷度 (Hot stream outlet degreessubcooling)

• 热物流出口蒸汽分率 (Hot stream outlet vaporfraction)

• 冷物流出口温度 (Cold stream outlet temperature)

• 冷物流出口（相对于冷物流入口）温升 (Cold stream outlettemperature increase)

• 冷物流出口温差  (Cold stream outlet temperature approach)

• 冷物流出口过热度  (Cold stream outlet degrees superheat)

• 冷物流出口蒸汽分率 (Cold stream outlet vaporfraction)

• 传热面积 (Heat transfer area)

• 热负荷 (Exchanger duty)

在具体计算过程中，用户可以根据实际情况规定换热器的以上参数之一。本题指定热物流出口温度为 100 ℃。

输入换热器HEX参数

进入模块/HEX/设置/U方法页面，点选常数U值，表示对模块HEX进行简捷设计时的总传热系数为恒定值，输入估计的总传热系数500W/(m2.K)，如图所示：

输入总传热系数

点击 ，出现 Properties InputComplete 对话框，点击 OK ，运行模拟。

由左侧数据浏览窗口进入 Blocks/HEX /Thermal Results ，在 Summary 页面查看模块结果。可以看出，换热后，冷物流出口温度为 69.187 ℃，压力为 1.4MPa ；热物流出口温度为 100 ℃，压力为 2.8MPa ；换热器的热负荷为 3901.7kW 。

进入模块/HEX/热结果/换热器详细信息页面，查看模块HEX的设计细节，如图所示，换热面积为

进入模块/HEX/热HCurve页面，点击新建按钮，弹出创建新ID对话框，如图所示：

创建加热曲线

点击确定按钮，进入 模 块 / HEX/ 热 HCurve/1/设置 页面，如图所示，用户可以选择加热曲线对应的独立变量（热负荷、温度和气相分数），可设置曲线的点数或步长，可设置曲线起 始 点与终点间压力分布为常数或线性分布。本例采用缺省值，不作更改。

设置加热曲线参数

运行模拟，流程收敛。

进入模块/HEX/热HCurve/结果页面，用户可以查看加热曲线计算结果，如图所示:

查看加热曲线计算结果

点击主页选项卡下的图表组中的自定义，弹出自定义对话框，在X轴对应的下拉列表中选择温度 C，在Y轴 对应的下拉列表中勾选热负荷Gcal/hr，如图所示。点击确定按钮，生成如图所示加热曲线图。

设置绘图选项

查看加热曲线

进入模块/HEX/设置/规定页面，模型逼真度选择壳＆管

点击转换，进入EDR尺寸计算控制台，点击大小，进行设计，结果如图所示：