Aspen Plus软件在计算换热器热负荷中的应用

杨波，胡亦锋，赵文剑

（万华化学（宁波）有限公司，浙江宁波315812）

化学工程

Aspen Plus软件在计算换热器热负荷中的应用

杨波，胡亦锋，赵文剑

（万华化学（宁波）有限公司，浙江宁波315812）

利用Aspen Plus流程模拟软件对换热器热负荷进行计算，用软件的流程选项和模型分析工具可快速查看换热器在相应的热负荷条件下的热源或冷源的流量，能指导化工装置操作人员的调节和判断。

模拟；换热器；热负荷

0 前言

在化工生产装置，最常见的设备就是换热器。对于化工装置基层操作人员，掌握设备的基本结构及原理是必不可少的，但要达到对装置的了如指掌，仅了解的程度远远不够。所以对设备的基本核算和简单的计算也需要掌握。很多化工原理[1]和设计书籍[2]都介绍了换热器热负荷的计算步骤，但查询物性数据相当繁琐，而且由于历史原因，很多数据的单位不统一，造成设计人员的工作量增大。本文主要从查阅文献和利用模拟软件进行对比来计算换热器的热负荷的效率进行说明。

1 工艺简介

表1 换热器数据表

公司某装置现有一台换热器用0.8 MPa（g）的饱和蒸汽对干燥A气体进行加热以满足工艺需要，具体的设计条件如表1所示。工艺要求A温度需从25℃加热至120℃，要求得水蒸气在不同流量下的A出口温度。

2 计算思路

通常计算换热器的热负荷有三种方法，即根据流体的比热容进行计算，但前提是流体的比热容不随温度的变化而变化，或者可以取流体的平均温度下的比热容。第二种方法是潜热计算法，适用于流体的蒸发或者冷凝，但很多物质的潜热难以查询，而且一些鲜有的物性数据基于商业保密不能公开。第三种方法是焓差计算法，物性数据手册可以查阅到常见的物质焓值，读者可以根据学习或工作的需要进行收集，等到需要设计计算时大有用处。

以下先从查询A和水蒸汽的焓值开始说明此设计的计算思路。

2.1 焓值计算法

查询纯物质热化学数据手册[3]和水蒸气热力性质图表[4]得知A和水蒸气的焓值，如表2所示：

通过内插法可以计算12℃下的A焓值为-89.54 kJ/mol，通过单位换算可得知25℃下的A焓值为-2531.771 kJ/kg，120℃下的A焓值为-2455.808 kJ/kg。忽略换热器的热损，对换热器进行焓衡算，即冷物流的焓变等于热物流的焓变可得如下方程：

以下标h和c分别表示热流体和冷流体，以下标1和2分别表示流体的进口和出口，且热损失Q1流出系统，则以下图的换热器作为系统，可写出换热器的焓衡算式：

W·h1+W·c1-W·h2-W·c2－Q1=0

W——流体的流量，kg/h；

h——流体的焓，kJ/Kg；

Q1——系统的能量损失，kJ/h；

忽略Q1，计算得出0.8 MPa的水蒸汽每小时的耗量为77.81 kg，热负荷为43.89 kW。

读者可以看到查阅数据的繁琐，而且遇到不同的数据单位还要转化，以下介绍通过Aspen Plus流程模拟软件的分析工具来计算换热器的蒸汽消耗量。

2.2 Aspen Plus模拟计算法

依然通过以上条件，利用Aspen Plus计算过程如下：

（1）选择换热器模块，命名为Heater，具体见图1。

（2）分别输入物流信息，模块参数。（3）新建灵敏度分析。

（4）运行程序，得出表3结果。

（5）从表3可以看出A出口温度120℃时，水蒸气流量在61～81 kg/h，通过内插法或者在灵敏度分析选项中选择赋值法，最后求得水蒸气所需流量。

表2 A和水蒸气的焓值

表3 水蒸气流量与A出口温度关系

3 总结

通过以上查询文献及使用Aspen Plus流程模拟软件对比，软件模拟不仅效率高而且准确，另外还可以使用软件查询水蒸气和A的焓值，保持单位一致，也能快速地得出结果，这里不再赘述。

化工装置操作人员如果发现换热器所需的工艺气温度达不到要求，可从热源或者冷源的流量进行判断，希望本文能给读者提供参考。

图1 Heater模型

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

[2]王松汉.石油化工设计手册（第三卷）.北京：化学工业出版社，2002:568-569.

[3]伊赫桑·巴伦.纯物质热化学数据手册（上卷）.北京：科学出版社，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

杨波（1990-），男，浙江宁波人，助理工程师，主要从事化工工艺开发工作。E-mail：yangboa@whchem.com。