Hysys trong mô phỏng công nghệ hóa học

Thông tin tài liệu

Hysys trong mô phỏng Công nghệ hóa học LỜI GIỚI THIỆU Hiện nay trong lĩnh vực công nghệ hoá học có rất nhiều phần mềm mô phỏng của các công ty phần mềm đã được phát triển và sử dụng rộng rãi trong tính toán công nghệ, như: PRO/II, Dynsim (Simsci); HYSIM, HYSYS, HTFS, STX/ACX, BDK (AspenTech); PROSIM, TSWEET (Bryan Research & Engineering); Design II (Winsim); IDEAS Simulation; Simulator 42…, trong đó phổ biến nhất là PRO II, Dynsim (Simsci) và HYSYS (AspenTech). Sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ hoá học trong thế kỷ 21, đòi hỏi mỗi kỹ sư công nghệ cần phải hiểu và sử dụng thành thạo ít nhất một trong số các phần mềm mô phỏng phổ biến trên. HYSYS có cơ sở nhiệt động học rất vững chắc và đầy đủ, khả năng thiết kế linh hoạt, cùng với mức độ chính xác và tính thiết thực của các hệ nhiệt động cho phép thực hiện các mô hình tính toán rất gần với thực tế công nghệ. HYSYS là công cụ mô phỏng công nghệ rất mạnh phục vụ cho nghiên cứu tính toán thiết kế công nghệ của các kỹ sư trên cơ sở hiểu biết về các quá trình công nghệ hoá học. HYSYS đáp ứng các yêu cầu công nghệ nền tảng cơ bản cho mô hình hoá và mô phỏng các quá trình công nghệ từ khai thác tới chế biến trong các nhà máy xử lý khí và nhà máy làm lạnh sâu, cho đến các quá trình công nghệ lọc hoá dầu và công nghệ hoá học. HYSYS rất mạnh trong mô phỏng tĩnh. Ở mức độ cơ bản, việc hiểu biết và lựa chọn đúng các công cụ mô phỏng và các cấu tử cần thiết, cho phép mô hình hoá và mô phỏng các quá trình công nghệ một cách phù hợp và tin cậy. Điều quan trọng nhất là phải hiểu biết sâu sắc quá trình công nghệ trước khi bắt đầu thực hiện mô phỏng, bởi vì HYSYS chỉ là công cụ phục vụ cho mô phỏng tính toán công nghệ, nó không thể suy nghĩ thay cho các kỹ sư. HYSYS được chú trọng thiết kế đặc biệt cho một số điểm trọng yếu nhằm hỗ trợ các kỹ sư thực hiện mô phỏng hiệu quả. Khả năng ứng dụng và sử dụng hiệu quả là hai tính năng vượt trội của HYSYS, đã và đang tiếp tục được phát triển. HYSYS là chương trình mô phỏng công nghệ hóa học đang được sử dụng rộng rãi trong các trường đại học công nghệ. Quyển sách này sẽ giới thiệu cho sinh viên lần đầu tiên sử dụng HYSYS và có ít hoặc chưa có kinh nghiệm mô phỏng trên máy tính, và cng là giáo trình dành cho sinh viên năm thứ ba của các trường đại học công nghệ, đồng thời quyển sách có thể sử dụng như một chỉ dn cho các khóa học cao hơn trong công nghệ hóa học, khi đó HYSYS như một công cụ mô phỏng để giải quyết các vấn đề công nghệ. Hơn nữa có thể sử dụng quyển sách này đồng thời cho cả sinh viên và kỹ sư thực hành, như một tài liệu hướng dn hay một quyển sổ tay cho các khóa học HYSYS. HYSYS là chương trình mô phỏng rất phức tạp và vì thế trong một cuốn sách không thể đề cập đến tất cả các vấn đề. Quyển sách này đặt trọng tâm vào phần cơ bản của HYSYS, nhằm giúp cho những sinh viên lần đầu tiên làm quen với mô phỏng có thể nắm bắt được và dần dần sử dụng thành thạo trong tính toán thiết kế công nghệ. Phần mềm HYSYS chạy trong môi trường Windows có giao diện thân thiện với người sử dụng. HYSYS cng giống như tất cả các phần mềm khác luôn luôn có sự phát triển phiên bản mới, tuy nhiên phần cơ bản hầu như không thay đổi từ phiên bản này đến phiên bản khác, quyển sách này hướng dn sử dụng HYSYS 2004.1, được cung cấp có bản quyền tại phòng thí nghiệm Công nghệ Lọc Hoá dầu và Vật liệu xúc tác trường Đại học Bách khoa Hà Nội. Sau khi cài đặt người sử dụng chỉ cần có hiểu biết cơ bản về máy tính là có thể sử dụng được. Quyển sách này được hoàn thành với sự tham gia rất nhiệt tình của các sinh viên năm cuối chuyên ngành Công nghệ Hữu cơ Hoá Dầu, trường Đại học Bách khoa Hà Nội - các trợ giảng - đã làm việc rất nghiêm túc và có kết quả. Quyển sách này được biên soạn lần đầu nên không tránh khỏi thiếu sót, rất mong nhận được sự góp ý của những người sử dụng để sửa chữa bổ sung cho những lần tái bản sau được tốt hơn. Xin chân thành cảm ơn. Tác giả MỤC LỤC Lời giới thiệu 3 Chương 1 GIỚI THIỆU VỀ MÔ PHỎNG 9 1.1. Mục đích của mô phỏng 9 1.2. Giới thiệu HYSYS 11 Chương 2 BẮT ĐẦU VỚI HYSYS 13 2.1. Bắt đầu với HYSYS 14 2.2. Quản lý cơ sở mô phỏng 14 2.3. Bắt đầu mô phỏng 15 2.4. Nhập các cấu tử 16 2.5. Lựa chọn Hệ nhiệt động (Fluids Package) 17 2.6. Lựa chọn mô hình nhiệt động 18 2.7. Vào môi trường mô phỏng 20 2.8. Khởi tạo dòng vật chất 22 2.9. Tóm tắt và ôn tập chương 2 27 2.10. Bài tập 27 Chương 3 PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI 29 3.1. Phương trình trạng thái – Các biểu thức toán học 30 3.2. Thực hiện mô phỏng 30 3.3. Tóm tắt và ôn tập chương 3 38 3.4. Bài tập 39 Chương 4 BƠM 40 4.1. Bài toán 41 4.2. Tiến hành mô phỏng bơm 41 4.3. Thảo luận 46 4.4. Tóm tắt và ôn tập chương 4 46 4.5. Bài tập nâng cao 46 Chương 5 MÁY NÉN 47 5.1. Bài toán 48 5.2. Tiến hành mô phỏng máy nén 48 5.3. Thảo luận 53 5.4. Tóm tắt và ôn tập chương 5 53 5.5. Bài tập nâng cao 53 Chương 6 TUỐCBIN GIÃN NỞ KHÍ (EXPANDER) 54 6.1. Bài toán 55 6.2. Tiến hành mô phỏng tuốcbin giãn nở 55 6.3. Thảo luận 57 6.4. Tóm tắt và ôn tập chương 6 57 6.5. Bài tập nâng cao 57 Chương 7 THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT 58 7.1. Bài toán 59 7.2. Tiến hành mô phỏng quá trình trao đổi nhiệt 59 7.3. Thảo luận 61 7.4. Tóm tắt và ôn tập chương 7 61 7.5. Bài tập nâng cao 61 Chương 8 THÁP TÁCH 62 8.1. Bài toán 63 8.2. Thực hiện mô phỏng quá trình tách pha 63 8.3. Tóm tắt và ôn tập chương 8 68 8.4. Bài tập nâng cao 68 Chương 9 PHẢN ỨNG CHUYỂN HOÁ 69 9.1. Bài toán 70 9.2. Thực hiện mô phỏng quá trình phản ứng chuyển hoá 70 9.3. Tóm tắt và ôn tập chương 9 76 Chương 10 PHẢN ỨNG CÂN BẰNG 77 10.1. Bài toán 78 10.2. Thực hiện mô phỏng quá trình phản ứng cân bằng 78 10.3. Tóm tắt và ôn tập chương 10 87 Chương 11 THIẾT BỊ PHẢN ỨNG KHUẤY LIÊN TỤC (CSTR) 88 11.1. Thiết lập một Session Preference mới 89 11.2. Khởi tạo Hệ đơn vị đo mới (Unit Set) 89 11.3. Thực hiện mô phỏng thiết bị phản ứng khuấy liên tục 91 11.4. Tóm tắt và ôn tập chương 11 100 Chương 12 THÁP HẤP THỤ 101 12.1. Bài toán 102 12.2. Thực hiện mô phỏng quá trình hấp thụ 102 12.3. Tóm tắt và ôn tập chương 12 109 12.4. Bài tập nâng cao 110 Chương 13 THÁP CHƯNG LUYỆN 111 Sơ đồ công nghệ 112 Tháp tách metan DC1 113 Tháp tách etan DC2 114 Tháp tách propan DC3 115 13.1. Thực hiện mô phỏng quá trình 115 13.2. Tóm tắt và ôn tập chương 13 126 Chương 14 CÁC BÀI TẬP 127 14.1. Bài tập 1. Quá trình có thiết bị phản ứng và tháp tách pha 128 14.2. Bài tập 2: Cải tiến quá trình của bài tập 1 129 14.3. Bài tập 3: Quá trình có sử dụng công cụ logic Recycle 130 14.4. Bài tập 4: Sản xuất etylen oxit 132 14.5. Bài tập 5: Chưng luyện 133 GIẢI NGHĨA MỘT SỐ CỤM TỪ TIẾNG ANH TRONG MÔ PHỎNG 135 TÀI LIỆU THAM KHẢO 136 3 Chương 1 GIỚI THIỆU VỀ MÔ PHỎNG 1.1. Mục đích của mô phỏng Mô phỏng – Simulation  là phương pháp mô hình hoá dựa trên việc thiết lập mô hình số, vì vậy còn được gọi là Digital Simulation. Đây là một công cụ rất mạnh để giải các biểu thức toán học mô tả các quá trình công nghệ hoá học. Để mô phỏng một quá trình trong thực tế đòi hỏi trước hết phải thiết lập mô hình nguyên lý của quá trình và mối liên hệ giữa các thông số liên quan. Tiếp đó là sử dụng các công cụ toán học để mô tả mô hình nguyên lý, lựa chọn các thuật toán cần thiết. Cuối cùng là tiến hành xử lý các biểu thức với các điều kiện ràng buộc.Trong thực tế việc tính toán gặp hai khó khăn. Thứ nhất đó là giải hệ các phương trình đại số phi tuyến (thường phải sử dụng phương pháp tính lặp). Thứ hai là phép tính tích phân của các biểu thức vi phân (sử dụng các biểu thức vi phân hữu hạn rời rạc để xấp xỉ các biểu thức vi phân liên tục). Các mô hình toán học rất hữu ích trong tất cả các giai đoạn, từ nghiên cứu triển khai đến cải tiến phát triển nhà máy, và ngay cả trong nghiên cứu các khía cạnh thương mại và kinh tế của quá trình công nghệ. Trong nghiên cứu công nghệ, dựa trên các số liệu nghiên cứu về cơ chế và động học của phản ứng trong phòng thí nghiệm hoặc các phân xưởng pilot, đánh giá ảnh hưởng của các điều kiện tiến hành quá trình để nghiên cứu tối ưu hoá và điều khiển quá trình, bao gồm cả nghiên cứu tính toán mở rộng quy mô sản xuất (scale-up). Trong nghiên cứu thiết kế, tính toán kích thước và các thông số của thiết bị và toàn bộ dây chuyền công nghệ, đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố động học, nghiên cứu tương tác ảnh hưởng ln nhau của các công đoạn trong công nghệ khi có sự tuần hoàn nguyên liệu hoặc trao đổi nhiệt tận dụng tối ưu nhiệt của quá trình. Mô phỏng tính toán điều khiển quá trình, khởi động, dừng nhà máy, xử lý các sự cố và các tính huống xảy ra trong quá trình vận hành nhà máy. Một quá trình công nghệ hoá học trong thực tế là một tập hợp gồm rất nhiều yếu tố hết sức phức tạp có ảnh hưởng ln nhau (các thông số công nghệ như nhiệt độ, áp suất, lưu lượng dòng, thành phần hỗn hợp phản ứng, xúc tác, các quá trình phản ứng song song và nối tiếp, hiệu ứng nhiệt của phản ứng, cân bằng pha trong hệ thống,…). Độ phức tạp của quá trình tăng lên, đồng nghĩa với số lượng các thông số liên quan, các biến số, các phương trình, các biểu thức toán học, các điều kiện ràng buộc tăng lên. Giải quyết đồng thời các vấn đề trên đòi hỏi một khối lượng tính toán 4 cực kỳ lớn, việc tính toán bằng tay đòi hỏi rất nhiều thời gian và hầu như là không thể thực hiện được một cách chính xác và tin cậy. Ngày nay với sự phát triển của công nghệ phần mềm tin học, sự ra đời của các phần mềm mô phỏng, việc nghiên cứu tính toán thiết kế công nghệ bằng phương pháp mô phỏng đang ngày càng phát triển, đã trở nên phổ biến và chiếm ưu thế. Mô phỏng công nghệ bằng các phần mềm mô phỏng với sự trợ giúp của máy vi tính là giải pháp hiệu quả, toàn diện và cho kết quả tin cậy. Trong ngành công nghệ hoá học, mô phỏng đóng vai trò vô cùng quan trọng trong việc nghiên cứu thiết kế công nghệ, phân tích, vận hành và tối ưu hoá hệ thống, điều khiển các quá trình công nghệ gần với các quá trình trong thực tế, và cả trong các nghiên cứu tính toán tối ưu hoá về mặt kinh tế của quá trình công nghệ. Chương trình mô phỏng nói chung bao gồm các thành phần sau:  Thư viện cơ sở dữ liệu (các hệ nhiệt động, các cấu tử bao gồm các tính chất vật lý và hoá lý của chúng,…) và các thuật toán liên quan đến việc truy cập và tính toán các tính chất hoá lý của các cấu tử và hỗn hợp cấu tử, thiết lập các cấu tử giả. Có thể bổ sung các cấu tử, hoặc thay đổi các hệ đơn vị trong chương trình đáp ứng yêu cầu của người sử dụng.  Các công cụ mô phỏng cho các thiết bị có thể có trong hệ thống công nghệ hoá học như: bơm, máy nén, tuốcbin giãn nở khí, thiết bị trao đổi nhiệt, tháp tách hai pha và ba pha, chưng cất, hấp thụ, trộn dòng và chia dòng…Phần này có chứa các mô hình toán và thuật toán phục vụ cho quá trình tính toán các thông số của thiết bị và các thông số công nghệ của quá trình công nghệ được mô phỏng.  Các công cụ logic phục vụ cho việc tính toán tuần hoàn nguyên liệu, thiết lập các thông số công nghệ, điều chỉnh các thông số theo yêu cầu công nghệ, tính toán cân bằng vật chất và cân bằng năng lượng, tính toán cân bằng pha,…  Các công cụ mô phỏng các quá trình điều khiển (điều khiển nhiệt độ, điều khiển áp suất, điều khiển lưu lượng dòng, điều khiển mức chất lỏng ) trong quá trình vận hành quy trình công nghệ hoá học.  Chương trình điều hành chung toàn bộ hoạt động của các công cụ mô phỏng và ngân hàng dữ liệu. [...]... đồ công nghệ với các thiết bị cần thiết Cung cấp đầy đủ các tham số cần thiết cho thiết bị   3 Chạy chương trình mô phỏng Đọc kết quả Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ Trong phạm vi quyển sách này sẽ nghiên cứu tìm hiểu các thiết bị mô phỏng trong HYSYS, sử dụng các công cụ của HYSYS để mô phỏng một số quá trình công nghệ hoá học đơn giản, nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ. .. rộng phạm vi chương trình và rất gần với thực tế công nghệ HYSYS có một số lượng lớn các công cụ mô phỏng, hỗ trợ hiệu quả trong nghiên cứu mô phỏng, với giao diện thân thiện và dễ sử dụng, đặc biệt với những người bắt đầu làm quen với chương trình mô phỏng Trình tự thực hiện mô phỏng theo các bước sau đây: 1 Xây dựng cơ sở mô phỏng:  Nhập các cấu tử trong thành phần nguyên liệu  Lựa chọn hệ nhiệt... quá trình mô phỏng  Hỗ trợ việc kết nối giữa các chương trình mô phỏng khác nhau, kết nối với các module xây dựng các thiết bị đặc biệt do người sử dụng tạo ra bằng các ngôn ngữ lập trình như Visual Basic, Visual C++, … 1.2 Giới thiệu HYSYS HYSYS là sản phẩm của công ty AspenTech – Canada HYSYS là phần mềm chuyên dụng để tính toán mô phỏng công nghệ chế biến dầu khí và công nghệ hoá học HYSYS là phần... đổi các điều kiện cũng như sử dụng các dữ liệu đầu vào khác nhau HYSYS được thiết kế sử dụng cho hai trạng thái mô phỏng là mô phỏng động và mô phỏng tĩnh Mô phỏng tĩnh (Steady Mode) được sử dụng để nghiên cứu thiết kế công nghệ cho một quá trình, tối ưu hoá các điều kiện công nghệ Với mỗi một bộ số liệu ban đầu, mỗi điều kiện công nghệ xác định thì khi quá trình tính toán hội tụ, kết quả thu được... phù hợp cho mục đích mô phỏng Biết cách bắt đầu làm việc với HYSYS và làm quen với các giao diện là rất quan trọng  Cách vào và quay trở lại môi trường mô phỏng, làm quen với sơ đồ mô phỏng Làm quen với một vài tính năng quan trọng của HYSYS  Cách nhập dòng vật chất cho mô phỏng Việc xác định biến là một trong những bước rất quan trọng cần phải được hiểu kỹ khi thao tác trong HYSYS Mục tiêu Sau khi... Manager như trong mục 2.3, 2.4 và 2.5, bấm vào phím Enter Simulation Environment ở bên phải phía dưới giao diện hoặc bấm vào biểu tượng trên hình 2.6 trên thanh công cụ để vào môi trường mô phỏng như mô tả Hình 2.6 Enter Simulation Environment 1 Thao tác trong lưu trình mô phỏng Khi vào môi trường mô phỏng, sẽ thấy giao diện như hình 2.7 dưới đây Trước khi bắt đầu quá trình xây dựng lưu trình mô phỏng cần... cho các bài toán mô phỏng khác khi cần đến  Có thể sử dụng nhiều hệ nhiệt động trong cùng một chương trình mô phỏng Tuy nhiên các hệ nhiệt động này cùng được xác định trong Basic Manager Simulation Basic Manager là giao diện thuộc tính cho phép thiết lập và điều khiển nhiều hệ nhiệt động hoặc danh sách các cấu tử trong hỗn hợp sử dụng trong mô phỏng 2.3 Bắt đầu mô phỏng Sử dụng một trong ba cách sau... làm thế nào để vào và trở lại môi trường mô phỏng, làm quen với simulation flowsheet, hơn nữa trong phần này người sử dụng có thể rút ra được một số điểm quan trọng của HYSYS Trong phần cuối của chương này đã đề cập đến các cách nhập và khai báo dòng nguyên liệu trong mô phỏng Cách khai báo các tham số là một bước rất quan trọng trong mô phỏng, cần hiểu và thực hiện đúng trong từng trường hợp cụ thể... hoặc có thể bấm phím nóng F4 Từ các công cụ trong bảng này có thể nhập dòng hoặc các công cụ mô phỏng khác cho lưu trình PFD Hình 2.8 Giao diện PFD với Object Palette 2.8 Khởi tạo dòng vật chất Các dòng vật chất trong PFD được mô phỏng bằng Material Stream Một dòng vật chất được khởi tạo trong lưu trình bằng một trong ba cách sau:  Bấm vào biểu tượng mũi tên màu xanh trong Object Palette  Chọn Flowsheet... cung cấp trong 12 chương trước đó để mô phỏng một số quá trình công nghệ hoá học từ đơn giản đến phức tạp Vì vậy đòi hỏi người học phải học nghiêm túc và 6 thực hành thành thạo toàn bộ từ chương 2 đến chương 13 thì mới có thể làm được các bài tập của chương 14 này, và sẽ thấy hết sức thú vị và hiệu quả 7 Chương 2 BẮT ĐẦU VỚI HYSYS Nội dung  Bắt đầu làm việc với HYSYS, cách lựa chọn các cấu tử trong hỗn . Hysys trong mô phỏng Công nghệ hóa học LỜI GIỚI THIỆU Hiện nay trong lĩnh vực công nghệ hoá học có rất nhiều phần mềm mô phỏng của các công ty phần mềm đã được. trình công nghệ lọc hoá dầu và công nghệ hoá học. HYSYS rất mạnh trong mô phỏng tĩnh. Ở mức độ cơ bản, việc hiểu biết và lựa chọn đúng các công cụ mô phỏng và các cấu tử cần thiết, cho phép mô. có thể sử dụng như một chỉ dn cho các khóa học cao hơn trong công nghệ hóa học, khi đó HYSYS như một công cụ mô phỏng để giải quyết các vấn đề công nghệ. Hơn nữa có thể sử dụng quyển sách

Ngày đăng: 25/10/2014, 10:49

Xem thêm: Hysys trong mô phỏng công nghệ hóa học