Aspen Plus軟件在計算換熱器熱負荷中的應用

楊波，胡亦鋒，趙文劍

（萬華化學（寧波）有限公司，浙江寧波315812）

化學工程

Aspen Plus軟件在計算換熱器熱負荷中的應用

楊波，胡亦鋒，趙文劍

（萬華化學（寧波）有限公司，浙江寧波315812）

利用Aspen Plus流程模擬軟件對換熱器熱負荷進行計算，用軟件的流程選項和模型分析工具可快速查看換熱器在相應的熱負荷條件下的熱源或冷源的流量，能指導化工裝置操作人員的調節和判斷。

模擬；換熱器；熱負荷

0 前言

在化工生產裝置，最常見的設備就是換熱器。對于化工裝置基層操作人員，掌握設備的基本結構及原理是必不可少的，但要達到對裝置的了如指掌，僅了解的程度遠遠不夠。所以對設備的基本核算和簡單的計算也需要掌握。很多化工原理[1]和設計書籍[2]都介紹了換熱器熱負荷的計算步驟，但查詢物性數據相當繁瑣，而且由于歷史原因，很多數據的單位不統一，造成設計人員的工作量增大。本文主要從查閱文獻和利用模擬軟件進行對比來計算換熱器的熱負荷的效率進行說明。

1 工藝簡介

表1 換熱器數據表

公司某裝置現有一臺換熱器用0.8 MPa（g）的飽和蒸汽對干燥A氣體進行加熱以滿足工藝需要，具體的設計條件如表1所示。工藝要求A溫度需從25℃加熱至120℃，要求得水蒸氣在不同流量下的A出口溫度。

2 計算思路

通常計算換熱器的熱負荷有三種方法，即根據流體的比熱容進行計算，但前提是流體的比熱容不隨溫度的變化而變化，或者可以取流體的平均溫度下的比熱容。第二種方法是潛熱計算法，適用于流體的蒸發或者冷凝，但很多物質的潛熱難以查詢，而且一些鮮有的物性數據基于商業保密不能公開。第三種方法是焓差計算法，物性數據手冊可以查閱到常見的物質焓值，讀者可以根據學習或工作的需要進行收集，等到需要設計計算時大有用處。

以下先從查詢A和水蒸汽的焓值開始說明此設計的計算思路。

2.1 焓值計算法

查詢純物質熱化學數據手冊[3]和水蒸氣熱力性質圖表[4]得知A和水蒸氣的焓值，如表2所示：

通過內插法可以計算12℃下的A焓值為-89.54 kJ/mol，通過單位換算可得知25℃下的A焓值為-2531.771 kJ/kg，120℃下的A焓值為-2455.808 kJ/kg。忽略換熱器的熱損，對換熱器進行焓衡算，即冷物流的焓變等于熱物流的焓變可得如下方程：

以下標h和c分別表示熱流體和冷流體，以下標1和2分別表示流體的進口和出口，且熱損失Q1流出系統，則以下圖的換熱器作為系統，可寫出換熱器的焓衡算式：

W·h1+W·c1-W·h2-W·c2－Q1=0

W——流體的流量，kg/h；

h——流體的焓，kJ/Kg；

Q1——系統的能量損失，kJ/h；

忽略Q1，計算得出0.8 MPa的水蒸汽每小時的耗量為77.81 kg，熱負荷為43.89 kW。

讀者可以看到查閱數據的繁瑣，而且遇到不同的數據單位還要轉化，以下介紹通過Aspen Plus流程模擬軟件的分析工具來計算換熱器的蒸汽消耗量。

2.2 Aspen Plus模擬計算法

依然通過以上條件，利用Aspen Plus計算過程如下：

（1）選擇換熱器模塊，命名為Heater，具體見圖1。

（2）分別輸入物流信息，模塊參數。（3）新建靈敏度分析。

（4）運行程序，得出表3結果。

（5）從表3可以看出A出口溫度120℃時，水蒸氣流量在61～81 kg/h，通過內插法或者在靈敏度分析選項中選擇賦值法，最后求得水蒸氣所需流量。

表2 A和水蒸氣的焓值

表3 水蒸氣流量與A出口溫度關系

3 總結

通過以上查詢文獻及使用Aspen Plus流程模擬軟件對比，軟件模擬不僅效率高而且準確，另外還可以使用軟件查詢水蒸氣和A的焓值，保持單位一致，也能快速地得出結果，這里不再贅述。

化工裝置操作人員如果發現換熱器所需的工藝氣溫度達不到要求，可從熱源或者冷源的流量進行判斷，希望本文能給讀者提供參考。

圖1 Heater模型

[1]姚玉英.化工原理（上）[M].天津：天津大學出版社，2001: 220.

[2]王松漢.石油化工設計手冊（第三卷）.北京：化學工業出版社，2002:568-569.

[3]伊赫?！ぐ蛡?純物質熱化學數據手冊（上卷）.北京：科學出版社，2003.

Aspen Plus Software in Calculating Heat Load of Heat Exchanger

YANG Bo，HU Yi-feng，ZHAO Wen-jian
（Wanhua Chemical（Ningbo）Co.，Ltd.，Ningbo，Zhejiang 315812，China）

The thermal load of heat exchanger was calculated by the Aspen Plus process modeling package.The flowsheeting options and model analysis tools of the package enabled a quick view of the flow of heat source or cold source under the corresponding thermal load conditions，thereby directing the adjustment and judgement by the operators of chemical engineering equipments.

simulation；heat exchanger；heatload

1006-4184（2017）4-0026-02

2016-12-02

楊波（1990-），男，浙江寧波人，助理工程師，主要從事化工工藝開發工作。E-mail：yangboa@whchem.com。