运用aspen及其套件EDR设计换热器
青海大学化工学院 张鹏宇
目录 1.生产要求设定
2.启动aspen设置前奏
2.1确定合适的modle library 模块
2.2建立流程图
2.3输入工程标题
2.4输入组分
2.5选择物性方法
2.6输入物流参数
3.进行换热器选型
3.1采用shortcut简捷计算
3.2填写估计的总传热系数
3.3模拟计算，列出简捷计算结果
3.4按国家标准选型 4.选择Detailed详细核算
4.1设置冷热流体走程
4.2使用Design Specification调整冷却水流率
4.3设置壳程管程压降计算方式
4.4设置总传热系数计算方式
4.5填写冷热流体侧污垢系数
4.6填写壳程管程数据
4.7填写折流板及管嘴数据
4.8运行计算，列出换热器详细计算结果
4.8.1 exchanger details换热器详细数据
4.8.2 pres drop 各程压力降及压力降分析
4.8.3 流速探讨及分析 5.用EDR 软件核算，出图
5.1 数据传递
5.2 EDR数据检查,核对补充
5.3运行计算，列出换热器详细计算结果
5.3.1 EDR换热器详细数据
5.3.2 pres drop 各程压力降及压力降分析
5.3.3 流速探讨及分析
5.4列出换热器装配图
5.5列出换热器布管图和设备数据
5.6打印出图
6.对比Aspen换热器详细计算，说明EDR其优缺点。
1.生产要求设定
某生产过程中，需处理每年114000吨/年苯，现将苯从80度冷却至40度，冷却介质采用循环水。循环水入口温度32.5度，出口温度取37.5度。要求换热器裕度为10%~25%，换热器内流体流动阻力小于50Kpa.
2.启动ASPEN设置前奏
2.1选择合适的modle library 模块
启动ASPEN,新打开一个空白的blank文件，该换热器用循环水冷却，冬季操作时进口温度会降低，考虑到这一因素，估计该换热器的管壁温和壳体壁温之差较大，因此初步确定选用带膨胀节的固定管板式换热器。在heat Exchangers 下选择heatX下的GEN-HS模块。
2.2建立流程图
连接物流线，建立如图所示的流程图，至此flowsheet已经完整。
2.3输入工程标题
单击下一步N
，填写标题，这个可以随意。
2.4输入组分
继续单击下一步，在component ID 中填写H20按回车，再填C6H6回车，物质直接出现，不用查找。
2.5选择物性方法
继续单击下一步，选择物性方法。根据一些其他文献的选择方法，我们在property method一栏下拉选择CHAO-SEA.物性方法。
2.6输入物流参数
由于循环冷却水较易结垢，为便于水垢清洗，应使水走管程，苯走壳程。所以1与2走的水，3与4走的苯。那么在接下来的stream 1中填写温度32.5度，设置压力为1.2个大气压。在composition下拉选择MASS-FLOW,单位选择KG/h。 暂时设置循环水的初始流量为5000KG/h.过后将运用Design Specification 调整水的流量。将stream 2填写37.5度，压力1.2atm.其他不设置。 将stream 3填写温度80度，压力也为1.2atm,填写苯的流量16000kg/h(根据处理114000吨苯每年而约得)。 stream 4不作设置。
3.进行换热器选型
3.1采用shortcut简捷计算
下一步，在blocks- B1-specification-calculation下面选择shortcut表示采用简捷计算以便进行换热器的选型。在preure drop下面设置冷热流体的outlet preure压力降为0.
3.2填写估计的总传热系数
在UMethods 下面填写估计的换热器总传热系数为300 W/(M2*K).至此简捷计算数据已经输入完成。
3.3模拟计算，列出简捷计算结果
单击下一步，按确定，在数据浏览器里的blocks-b1下的exchanger details 可以看到该换热器的热负荷为319KW.需要的换热面积为52.8M2 .与纸质版换热器设计中的325KW，51.3M2.相差不大。可以继续采用详细核算。
3.4按国家标准选型
按照换热器面积及规定6M的管长，查《化工工艺手册》从JB/T4715-1992中选标准系列换热器BEM450-1.6-62.5-6/25--1,单管程，单壳程，壳径450mm,换热面积62.5m2,换热管Φ25mm×2.5mm,管长6M，管数135根。三角形排列，管心距32 mm。
4.选择Detailed详细核算 4.1设置冷热流体走程
现在选择Detailed 表示type 选择rating 表示详细核算。Hot fluid 选择shell。在exchanger specification 下面选择Hot stream outlet temperature.Value 填写40度。表示要规定苯的出口温度为40度。
4.2使用Design Specification调整冷却水流率
在此栏新建一个DS-1.在DS-1下的define新建一个S。点击edit,开始编辑。在type下选择stream-var ，选择2，表示要设计调整水出口（2）的输出流量。然后选择variable为temp表示温度是可以操作的变量。
在spec下面按如图填写，target 填写37.5度表示要使水的出口温度为37.5度。
在vary栏下填type为 stream-var， stream选择1，variable填 ma-flow.这些表示要调整1的水流量数据使2出口温度达到我所想要的37.5度。然后在lower上填写40000，uper上填写60000.表示水的调整区间。
运行后可以得到水的流量为55164Kg/h。
4.3设置壳程管程压降计算方式
壳程和管程都选择calculated from geometry,表示根据换热器几何结构计算壳程和管程的压降。LMTD不用选择，是它默认值constant就好了。
4.4设置总传热系数计算方式
在U METHOD选择film coefficients,表示根据传热面两侧的膜系数计算总传热系数。
4.5填写冷热流体侧污垢系数
在film coefficients 页面壳程和管程都选择 calculated from geometry，表示根据换热器传热面两侧的几何结构计算膜系数。查《化工工艺设计手册》热流体侧的污垢系数取0.000176M2*K/W,冷流体侧的污垢系数取0.00026M2*K/W.
4.6填写壳程管程数据
在blocks-B1-geometry 栏下的shell下的TEMA shell type选择E-One pa shell 表示单壳程。填写包括管程数1，换热器水平安置，壳径450mm.
在tubes一栏下选择管子类型光滑管，填写管程数据，包括管子根数135根，管长6000mm，管心距32mm,管外径0.025meter. 管内径0.00225meter。
4.7填写折流板管嘴数据
包括19块折流板，切率25%。
管嘴设置如下。
4.8运行计算，列出换热器详细计算结果
4.8.1 exchanger details换热器详细数据
如上图，热负荷319KW，需要换热面积为56.9平米，实际换热面积为63.6平米，富余6.7平米。面积裕度11%，完美满足要求。
4.8.2 pres drop 各程压力降及压力降分析
如图，壳程管程压力降都小于1KPA。远远小于50KPA,满足 要求。即壳程和管程的流动阻力都非常满足要求。
4.8.3 流速探讨及分析
由上图可以看出，管程壳程流速非常平缓，这既能满足水和苯的流量要求，还能避免因流速过快而对换热器产生更多损耗。壳程最大流速0.08m/s,管程最大流速0.28m/s,均偏小， 因为软件计算结果未报警，所选换热器可用。
5.用EDR 软件核算，出图 5.1 数据传递
在blocks--B1--specification中选择shell and tube 表示用EDR软件详细核算。用EDR软件新建一个”shell and tube”空白的冷凝器设计文件后关闭。 在B1下的EDR option中把EDR空白文件导入。然后单击“transfer geometry to shell and tube”按钮，把ASPEN plus对冷凝器详细核算结果传入EDR软件。
5.2 EDR数据检查,核对补充
在下面的几个图中，按照图中的数据，填写完整。
热流组成页面
热流物性方法选择
冷流组成页面
冷流物性方法选择
5.3运行计算，列出换热器详细计算结果
5.3.1 EDR换热器详细数据
在rezult -overall summary 可看到全方位的换热器详细数据
5.3.2 pres drop 各程压力降及压力降分析
由以上详细核算图可知，各程压力降总和50KPA，符合设计要求，比课本求压力降方法要迅速，便捷得多。
5.3.3 流速探讨及分析
壳程速率为0.19m/s,管程速率为0.34m/s。均比较小。这是由于换热器形态以及送料大小和进出口规定温度的缘故。
5.5列出换热器装配图
5.6列出换热器布管图和设备数据
5.7打印出图 6.对比Aspen换热器详细计算，说明EDR其优缺点。 在进行换热器详细核算的时候，EDR确实比Aspen的计算要精确，而且EDR能计算Aspen 不能计算的数据。EDR软件是换热器的专业精细设计核算软件，能够完整地从设计直到出图。用Aspen进行换热器的设计只够参看一些换热器基本数据，无法进行出图。但EDR由于其功能更全，包络面更广，其也产生一些问题，用Aspen 传递数据时需要补充数据，有些不需要处理的部分也加进来了，所以会显得不够简洁明了。
