用Aspen Plus设计蒸发器
(有相变换的热交换器设计)
这一部分是Aspen的换热器设计的后续部分。我们将更从更深一步考虑化学工程中的两个过程：蒸发和冷凝。后者另行说明。这里的这个例子有助于我们理解Aspen 中的蒸发。 问题描述：
要将温度270 K 压力3 atm流量为90 kmol/hr的氟利昂－12（Freon-12）进行蒸发操作。热源为温度340 K 压力2 atm的乙二醇流体。设备管理器推荐使用80 BWG型管状换热器进行该操作。，压力降要求尽可能小。 流程示意图：
在这个问题中，氟利昂物流发生了相变化。我们的目的是设计一个换热器，能提供足够能量给氟利昂使其气化。
一般设计规则：
大多数的设计中采用釜式再沸器作为蒸发过程的换热器。再沸器的例子参见文献5的11-34页。釜式再沸器中冷物流从底部进入，与内装有热物流的管束接触。冷流体在管束周围形成一个“池子”，在此进行热交换使液体沸腾蒸发。再沸器的壳程面积很大或有很大的蒸汽空间以适应液相转为气相时的体积的巨大变化。设计方式与一般的管壳式换热器是一样的，首先计算需要的换热面积，然后设计管束，最后计算壳程和蒸汽空间。壳程的直径与管束的直径以及蒸汽流量有关。
由于我们这个过程存在相变化，必须找出相应的传热系数，这些系数与通常的对流传热方城有很大的不同。Aspen中对蒸发过程传热系数的计算不准确，因此我们必须采用人工计算的结果。在这个设计中，我们要进行以下四个计算：最大的热通量，估算沸腾传热系数（hi），估算乙二醇的对流传热系数 (ho)以及实际的热通量。实际的热通量由热负荷除以换热器的面积得到，我们希望实际热通量与最大热通量越接近越好，但是不能超过它。当这些完成后就可以用Aspen进行设计了。
如下图所示，选用Aspen 中的Heater模块开始建立流程。流程建立以后，点击 Next。依系统提示依次输入模拟的题目、相关的组分（Freon-12 为 CCl2F2 乙二醇为C2H6O2）、物性方法（采用NRTL-RK）。直到出现Freon物流输入表页。
下图所示为氟利昂物流的输入界面
按问题所述给定数据， 完成后点击Next.
下一步将会出现换热器模块的输入页面（如下图）。我们需要对这个模块定义两个方面内容（图中椭园部分）。我们这个例子的目的是Freon物流的蒸发，我们需要指定冷物流出口蒸汽分率。选择“Vapor fraction”项键入1.0输入，此时表示 Freon 以饱和蒸汽离开换热器。另外还要指定总的压力降，点击Next。
现在运行模拟。检查输出的结果，尤其是蒸汽出料的分率（如下图所示）。可以看到，Aspen计算了热负荷为(471500 W)和Freon物流的饱和温度（272.2 K）。
现在回到流程窗口，如上图所示用HeatX模块取代Heater模块。此时需要加入乙二醇物流。下图是乙二醇物流的输入页面，根据要求输入相关的参数。点击Next。
点击Next。此时会出现换热器的输入模块。（如下图）。这是换热器的Specifications 表页（文献1有说明）。 首先采用 “Shortcut” 方法计算。要指定流动的方向――这个例子采用逆流流动。最后选择 合适的 “Exchanger Specification”；这个例子中选用 “Cold stream outlet vapor fraction” 。点击Next运行模拟。
下图给出了结果显示。根据设计的要求，Freon物流完全蒸发，乙二醇物流离开换热器的温度为300K。同时在此显示了热负荷。（注意：调整乙二醇的流率可使出口温度符合设计要求；没有指明压力降，所以进出口的压力是相同的）。