17第2章流程模拟技术汽相生成的单元操作。图2.13给出了Decanter（液-液倾析器）的流程连接。Heat (Optional)热（可选项）Matrials物流IstLiquid第一液相物流Heat (Optional),热（可选项）2ndLiquid第二液相物流图2.13Decanter流程连接示意和Flash（闪蒸罐）输入类似，如果用户在Decanter（液-液倾析器）参数输入的InputSpecificationSheet上只给出温度或压力中的一个条件，系统用入口热流总和作为负荷规定；否则只使用入口热流来计算净热负荷，用户可以使用一个可选的出口热流作为净热负荷。输入时Hcurves窗口可以定义想要输出的加热或冷却曲线。Decanter（液-液倾析器）的操作模型可以选择绝热、在规定的负荷下和在规定的温度下。如果倾析器中有两个液相，Decanter（液-液倾析器）模型的缺省值是将具有较高密度的相态看作第二相态。当然用户可以通过规定标识第二个液相的关键组分或规定关键组分的摩尔分率阀值来替换缺省。Decanter模型在缺省情况下，使用在Properties PhaseProperty页或BlockOptionsProperties页上规定的模块物性方法计算KLL（液-液分布系数）。用户可以采用以下方法进行设置。①在PropertiesPhaseProperty页规定两个液相分离的物性方法。②使用内置的KLL关联式进行计算，可以在PropertiesKLLCorrelation页上输入关联式系数。③采用用户自己在PropertiesKLLSubroutine页上规定的Fortran子程序。关于相分离的计算，用户可以选择采用两个液相的等逸度法或系统的最小吉布斯自由能法。若选择的是后者，物性和模块性质方法模型必须和热力学保持一致，两个液相的等逸度法在物性规定上则不受限制。Decanter模型出口物流通常是平衡的，但是用户也可以在InputEficiency（输入效率页）上规定分离效率来说明偏离平衡程度。如果存在固体夹带，它们不参与相平衡计算但是参与炝平衡。（3）Sep&Sep2（组分分离器）分离器操作单元模块Sep模型用来将混合物料流按照每个组分的分离规定分成两股（Sep2）或更多的物料流，当分离情况不详或不重要但知道每个组分的分离情况时，用户使用Sep来代替严格分离可以节省计算时间。如果模拟模块的所有出口物流的组成和条件是相同的，可以使用Fsplit模块代替Sep。图2.14给出了Sep&Sep2（组分分离器）的流程连接示意。Matrials物流Matrials物流Matrials物流Heat (Optional)热（可选项）图2.14Sep&Sep2（组分分离器）流程连接示意在Sep中，对出口物流的每个子物流，除其中的一个之外，应对物流中的每个存在的组分给定下列参数之一：①在相应入口子物流中的组分分率：②组分的质量流率；③组分
18化工过程数值模拟及软件的摩尔流率；④组分的标准液体体积流率。系统自动将剩余的流率作为未规定的出口物流相应的子物流的流率。2.2.3.3换热器（HeatExchangers）换热器又可以分为Heater（加热器或冷却器）、HeatX&MHeatX（两股&多股物流的换热器）、Hetran（管壳式换热器）和Aerotran（空冷换热器）几种。（1）Heater（加热器或冷却器）操作单元模块Heater（加热器或冷却器）用于加热器冷却器、阀、泵（不需要有关功的结果）压缩机（不需要有关功的结果）的模拟。其流程连接的示意见图2.15。当规定了出口条件时，Heater模型可确定一股或多股入口物流混合物的热和相状况。Hcat(optional)广热流（可选）MaterialMaterial物料物料water(optional)Heat(optional)水（可选）热流（可选）图2.15Heater流程连接示意在参数输入时应注意，露点计算气相分率为1，而泡点计算气相分率为0。需要的加热或冷却曲线也可以用Hcurves窗口规定。Heater（加热器或冷却器）模型无动力学特性，压降固定在稳态值，出口流率由质量平衡来确定。模拟带有固体的流体相态时参数的输入与Flash（闪蒸罐）的输入类似。（2）HeatX&MHeatX（两股&多股物流的换热器）操作单元模块HeatX（两股物流的换热器）可以用于模拟各种管壳式换热器类型，完成具有单相和两相物流的传热系数和压降估算的全部区域分析，但严格的传热系数和压降计算必须提供换热器的几何尺寸。如果换热器的几何尺寸不知道或不重要时，可以使用该模型完成简单的校核，如能量和物料平衡计算。模型有估算显热核沸腾和冷凝液膜系数的关联式，但是，模型不能够进行设备的设计计算、机械振动分析和污垢系数的估算。图2.16（a）给出了HeatX（两股物流的换热器）的流程连接示意。Cold InletsCold Outlet冷物料出口冷物料进口Water(optional)Hot Outlets水（可选）热物料出口Hot InletsHotInleti:Hot Outlet热物料进口热物料进口热物料出口-Water(optional)水（可选）Cold OutletsCold Inletwater(optional)冷物料出口冷物料进口水（可选）(a)HeatX的流程连接示意(b)MHeatX的流程连接示意图2.16HeatX&MHeatX流程连接示意
19第2章流程模拟技术在选用该模型进行模拟计算时有两个问题是应该引起用户注意的。①简捷法核算与严格法核算的选用HeatX（两股物流的换热器）有两种核算模型：简捷法（Shortcut）和严格法（Detailed），用户在SetupSpecifications页上的CalculationType进行选择。简捷法核算不需要换热器结构或几何尺寸数据，用户可以使用最少的输入量来模拟一个换热器。采用严格法核算可以根据换热器几何尺寸去估算膜系数、压降核对数、平均温差校正因子，但严格法核算需要较多的输入选项。当然系统提供了很多缺省的选项，用户可以改变缺省的项来控制整个计算。表2.4给出了这两种方法在这些选项规定和使用上的区别。表2.4简捷法（Shortcut）和严格法（Detailed）比较变量计算方法简捷法中可采用严格法中可采用常数DefaultYesLMTD Correction Factor几何尺寸NoDefault（LMTD校正因子）用户子程序NoYes常数值YesYes特定相态的值DefaultYesHeatTransferCoefficient幕幂率表达式YesYes（传热系数）膜系数NoYes换热器几何尺寸NoDefault用户子程序NoYes常数值NoYesFilm Coefficient特定相态的值NoYes（膜系数）幕率表达式NoYes由几何尺寸计算NoDefault出口压力Pressure DropDefaultYes（压降）由几何尺寸计算NoDefaultLMTD（对数平均温差）是针对纯逆流流动的换热器而言的，此时换热器方程为Q-U·A·LMTD：而换热器方程若写成通用形式为Q=U·A·F·LMTD。其中F（Factor，校正因子）反映了流动偏离逆流流动的程度。用户在SetupSpecifications页上用LMTDCorrectionFactor区域选择。在简捷法中LMTD校正因子是恒定的，在严格法中使用可以选择Constant（校正因子是常数）、Geometry（采用换热器规定和物流性质计算）和Usersubroutine（用户提供一个子程序来计算）。在计算传热系数时，用户在SetupUMethods页设定计算方法。简捷法或严格法中都提供Constantvalue（传热系数常数值）、Phase-specificvalues（换热器每个传热区域传热系数不同指明热流和冷流的相态，每个区域一个常数）值和Powerlawexpression（传热系数的幂率表达式）这三种方法可供选择，严格法还另外提供Exchangergeometry（用换热器几何尺寸和物流性质估算膜系数来计算传热系数）、Filmcoefficients（用膜系数计算传热系数，用户可用SetupFilmCoefficients页中的任何选项来计算膜系数）和Usersubroutine（用户提供一个用户子程序来计算传热系数）三种计算方法。在简捷法中HeatX（两股物流的换热器）模型不计算膜系数，严格法中如果用户选择使用膜系数或换热器几何尺寸计算传热系数，则采用六一二+一计算传热系数，其中h。U"hhn
20化工过程数值模拟及软件和h分别为冷流和热流的膜系数。系统提供了Constantvalue（膜系数常数值）、Phase-specificvalues【换热器每个传热区域（相态）有不同膜系数，指明物流的相态]Powerlawexpression（膜系数的幂率表达式）、Calculatefromgeometry（换热器几何尺寸和物流性质来计算膜系数）这几种计算膜系数的方法。用户可在SetupFilmCoefficients页上CalculationMethod中选择。热流和冷流膜系数计算方法是互相独立的，用户可以选择合适的任何计算方法组合进行计算。简捷法中换热器的压降是恒定的，而在严格法中，用户可以在SetupPressureDrop页上定压力选项来选择怎样计算压降。②换热器的结构信息的输入如果用户在传热系数、膜系数或压降计算方法中选择的是CalculateFromGeometry选项，则应该在相应的Geometry中输入一些有关换热器结构的信息。首先在GeometryShell页面中应该输入换热器壳体的相关参数，包括TEMAShellType（TEMA型换热器壳体类型）、No.ofTubePasses（管程数）、ExchangerOrintation（换热器方向）、NumberofSealingStripPairs（密封圈数）、InsideShellDiameter（壳体内径）、ShelltoBundleClearance（壳体到管束的最大直径的环形面积）。关于TEMA壳体类型的具体分类参见“AspenPlusUserGuide"。除了壳体尺寸，还要在GeometryTubes（管子的几何尺寸）、GeometryBaffles（挡板的几何尺寸）和GeometryNozzles（管嘴的几何尺寸）页上分别输入管子的几何尺寸、挡板的几何尺寸和管嘴的几何尺寸。在GeometryTubes页的Pattern（管子的排列）中有Square、Rot-triangle、Rot-Square、Triangle四种方式，图2.17为这四种排列方式的示意。45°60°30*90"icrPA@Q_TubeTubeQQQPitchPitchdoPtohGe&TriangleRotatedRotatedSquareSquareTriangle-DirectionofFlow图2.17四种排列方式示意HeatX（两股物流的换热器）采用文献关联式计算膜系数和压降，具体使用的关联式和参考文献参见“AspenPlus UserGuide”。MHeatX（多物流换热器）可以用于模拟一个有多股热流和冷流之间传热的换热器。例如LNG换热器。当然对于两股物流的换热器也可以使用MHeatX模型，但MHeatX模型只保证总的能量平衡而不考虑换热器的几何尺寸。MHeatX（多物流换热器）可以完成一个详细的、严格的内部区域分析，确定换热器中所有物流的内部夹点以及加热和冷却曲线，还可以计算换热器的总UA值并模拟换热器的加入热量或热损失。系统使用多个加热器和多个热流以加速流程的收敛，如果用户不规定计算顺序或规定撕裂物流，程序将按模块顺序收敛物流。图2.16（b）为MHeatX（多物流换热器）的流程连接示意。MHeatX（多物流换热器）中用户在至少保留一股物流不作规定的情况下，可对另一
21第2章流程模拟技术侧任意个物流作出口规定。不同物流可有不同类型的规定，系统的默认所有未作规定的物流均有相同的出口温度，该温度由总的能量平衡决定。与其他单元操作模块不同，MHeatX（多物流换热器）中不是用单个计算模型来模拟，而是由AspenPlus生成多个加热器和多个热流来模拟多物流换热器，这种计算方式顺序收敛速度采用单个模块模拟更迅速，并且系统会给出一份整个顺序的模块报告。（3）Hetran（管壳式换热器）操作单元模块Hetran（管壳式换热器）可以用来模拟各种类型结构的管壳式换热器，在AsprnPlus中Hetran是B-JACHetran程序界面。使用时把模块放在流程中连接入口和出口物流，直接输入包含换热器的B-JAC输入文件的名字即可进行模拟。用户可以通过Hetran独立的程序界面输入与换热器结构和几何尺寸有关的信息，换热器的规定将作为一个输入文件被保存，而不必再通过AspenPlus用户界面进行输入。图2.18给出了Hetran（管壳式换热器）的流程连接示意。要注意Hetran（管壳式换热器）目前不能处理带有固体子物流的物流。Hot InletCold Inlet冷物料进口热物料进口Hot Outlet热物料出口ColdWater(optional)Cold Outlet冷水（可选））冷物料出口图2.18Hetran流程连接示意（4）Aerotran（空冷换热器）操作单元模块Aerotran可以用来模拟各种类型结构的空冷换热器，也可以用来作节能器和加热炉的对流段模型。与Hetran类似，在AsprnPlus中Aerotran是采用的B-JACAerotran程序界面。所以使用时把模块放在流程中连接入口和出口物流，直接输入包含换热器的B-JAC输入文件的名字即可进行模拟。图2.19为其流程连接示意。Aerotran模块一般也不能处理带有固体子物流的物流。Hot InietColdWater(optional)热物料进口冷水（可选）Cold (Air)Outlet冷空气出口Hot Water (optional)热水（可选）HotOutlet热物料出口口Cold (Air) Inlet冷空气入口图2.19Aerotran流程连接示意