Nhóm Mô phỏng Công nghệ Hoá học và Dầu khí Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
Welcome to Process Design in Chemical Engineering
1
Process Simulation
Mô phỏng quá trình hóa học là gì ? Số liệu nào cần thiết cho quá trình mô phỏng? Chương trình mô phỏng là gì? Phương pháp mô phỏng một quá trình sử dụng
Hiểu rõ về mô phỏng và mô phỏng trong công nghệ hóa học Các phần mềm mô phỏng hiện nay Biết cách sử dụng phần mềm Hysys/Unisim Sử dụng Hysys/Unisim để mô phỏng các thiết bị, quá trình chính
2
computer (PC & Laptop) Mục tiêu bài học:
What is Chemical Process Simulation ?
Mô phỏng quá trình vận hành của một nhà máy hóa học, hoặc một quá trình chế biến sử dụng mô phỏng Steady State và Dynamic
Đã biết
Water (100 kg/s, 1atm, 95oC
Ethanol+Water (50:50, 150 kg/s, 1atm, 83oC
Muốn biết
Input-1
Output
Input-2
3
Process Unit (Mixer)
Các thông số chính (đã biết & chưa biết)
Input streams: o Áp suất (P) o Nhiệt độ (T) o Thành phần dòng (x) o Tổng lưu lượng (F)
o Áp suất? o Lưu lượng dòng tổngr? o Lưu lượng dòng cấu tử? o Thành phần cấu tử? o Nhiệt độ?
Thông số thiết bị
Phân tách pha
o Dòng vào và dòng ra
o Trạng thái ổn định o Được bảo ôn (q = 0) o Không bị rò rỉ
Thông số vật lý khác: độ nhớt, tỷ trọng, … của các dòng
Output stream
4
What did We do ?
Cung cấp các thông tin: thông số đầu vào thông số thiết bị: trộn đoạn nhiệt, không rò rỉ,…
Sử dụng các mô hình toán học để mô tả toàn bộ quá trình công nghệ:
Thông tin chưa biết sử dụng MB, EB, VLE và so sánh các
property correlations
Mô phỏng quá trình hóa học (hỗn hợp ổn định)
Thực hiện mô phỏng:
Thời gian thực hiện cần thiết Các lỗi có thể mắc phải Độ chính xác của kết quả nhận được
5
Quá trình mô phỏng sử dụng Hysys/Unisim
Hysys/Unisim là gì? Hysys/Unisim có thể làm gì?
Các công cụ trong Hysys/Unisim?
Cách sử dụng Hysys/Unisim?
Mục đích của bài giảng:
Mô phỏng được các quá trình trong công nghiệp
Các ứng dụng trong Hysys/Unisim, cách sử dụng, các module, các tiện ích
Biết cách sử dụng từng Module trong Hysys/Unisim
Sau khi mô phỏng sẽ nhận được sơ đồ công nghệ bằng Hysys và kết quả mô phỏng rõ ràng
6
Advantages of Simulator
Giao diện đồ họa đẹp
Không phải lập trình
Sử dụng các gói property packages có sẵn giúp tiết kiệm thời gian và công sức
Thu được nhiều kết quả có giá trị lớn
7
Có thể thực hiện nhiều chức năng
Hysys Modules
Steady State
Dynamic
Chemico- Physical
Tank Furnace Air Cooler
Reactor (general, CSTR, PFR) Movers (Pump, compressor, expander, valve) Mixer Splitter (Tee) Exchangers (Heater/ Cooler, S & T, LNG) Flash Drums (2-phase (VL), 3-phase (VLL)) Separator (Component splitter, distiller, Absorber, Cyclone, Gas filter, Extractor) Pipe segment
Logical
PID Controller
Set Adjust Recycle Balance Spreadsheet
8
Giao diện ban đầu
Tạo Case thông thường
Chỉ dùng cho mô phỏng tháp chưng
Các Case đã sử dụng gần đây
9
Simulation Basis Manager
Thiết lập cấu tử
Xuất nhập file lưu thành phần
Các Tab
10
Lựa chọn các cấu tử
11
Tạo cấu tử giả
Tạo cấu tử giả
12
Thiết lập tính chất của cấu tử giả
13
Lựa chọn Fluid Packages
Thiết lập hệ nhiệt động
Xuất nhập file lưu hệ nhiệt động
14
Lựa chọn Fluid Packages
Lựa chọn mô hình nhiệt động phù hợp đóng vai trò quan trọng tới độ chính xác kết quả mô phỏng
Các thông số xác định từ hệ nhiệt động
Hằng số cân bằng pha K Enthanpi của pha lỏng và pha hơi Entropy của pha lỏng và pha hơi Tỷ trọng của pha lỏng và pha hơi
15
Các mô hình nhiệt động
• Dạng theo phương pháp hiệu chỉnh (Generalized
Correlation Methods): GS, CS,IGS,…
• Dạng phương trình trạng thái (Equation of State
Methods): SRK, PR, SRKS, BWRS,...
• Dạng theo hoạt độ (Liquid Activity Methods):
NRTL, UNIQUAC,…
• Dạng đặc biệt (Special Packages): AMINE,
ALCOHOL, SOUR,…
Cơ sở lựa chọn hệ nhiệt động:
• Đặc trưng nhiệt động của hệ (hệ số K) • Thành phần hỗn hợp • Phạm vi nhiệt độ áp suất • Tính sẵn có của các thông số của hệ
16
Lựa chọn Hệ nhiệt động
Lựa chọn EOS
17
Thiết lập các phản ứng
Thiết lập phản ứng
18
CÁC DẠNG PHẢN ỨNG
• Conversion : phản ứng tính toán dựa vào độ chuyển hóa • Equilibium: phản ứng tính toán dựa trên hằng số cân bằng K • Heterogeneous Catalytic • Kinetic: phản ứng tính toán dựa trên hằng số tốc độ phản ứng • Simple Rate
19
Thiết lập phản ứng
Hệ số tỷ lượng
20
Độ chuyển hóa
Độ chuyển hóa
21
Thiết lập đơn vị tính Tools / Preferences / Variable tab
22
Vào môi trường mô phỏng
Vào môi trường mô phỏng
23
Hysys Module Palette
24
General Reactor
Dòng nguyên liệu, dòng sản phẩm
Cung cấp P hoặc P của dòng sản phẩm
Thiết lập dòng năng lượng
Không đặt Q: phản ứng đoạn nhiệt
Q cần thiết hoặc T của dòng sản phẩm
T phản ứng chính là T của dòng sản phẩm
Conversion: khi biết độ chuyển hoá
Equilibrium: dung cho phản ứng Equilibrium
25
Gibbs: phản ứng Equilibrium
General Reactor: Conversion
26
General Reactor: Conversion
27
General Reactor: Conversion
28
General Reactor: Conversion
29
Hysys tính toán như thế nào?
Mỗi Module trong Hysys là một chương trình tính toán cần thông số ban đầu (của dòng vào và thiết bị), trước khi tính toán dòng ra cho module đó
Chỉ tính toán một module tại mỗi thời điểm
Ngay khi các thông số ban đầu được nhập vào cho module, Hysys sẽ tính toán cho module đó
S2
S3
S4
S5
S1
If we specify S4 fully
A B C
S4
S5
If we specify S2 fully…(A unsolved) S3 S2 S1
What will happen, if we specify S1 fully in the first (original) BFD? 30
A B C
Ví dụ
Một sơ đồ có dòng tuần hoàn đơn giản
B Reaction A B
Feed A
Reactor
Separation Unit
”Recycle Loop”
Purge
Dòng đã biết Dòng chưa biết
31
Unreacted A
Xây dựng sơ đồ khối (BFD)
B Reaction A B
Feed A
Reactor
Separation Unit
”Recycle Loop”
Purge
Đã biết các thông số của dòng Feed, nhưng Hysys vẫn chưa thể tính toán? Tại sao?
Làm thế nào để “kích hoạt” Hysys ?
32
Unreacted A
Sử dụng công cụ “Recycle”
Reactor Mixer
Component Splitter
Sử dụng công cụ Recycle Dự đoán các thông số của dòng ra Đã biết specs của Mixer, Hysys có thể tính gì?
33
Recycle Tee
Hysys tính toán Mixer
Reactor Mixer
Component Splitter
34
Recycle Tee
Hysys tính toán cho thiết bị phản ứng
Reactor Mixer
Component Splitter
35
Recycle Tee
Hysys tính toán component splitter
Reactor Mixer
Component Splitter
36
Recycle Tee
Hysys tính toán Tee
Reactor Mixer
Component Splitter
Recycle là công cụ không thực tế Làm thế nào để dòng trước và sau Recycle “giống”
nhau phụ thuộc vào suy đoán ban đầu
Recycle sẽ có màu vàng
37
Recycle Tee
Thiết lập dòng vật liệu
38
Composisions
Mol Frc.
Mol Frc.
C1
0.330
iC5
0.069
C2
0.143
nC5
0.059
C3
0.101
nC6
0.078
iC4
0.098
C7+
0.042
nC4
0.080
39
Phase Envelope
40
Nhỡ tay đóng giao diện
41
Trở lại PFD
Có 3 cách:
• Bấm vào phím
• Bấm vào phím
• Bấm vào Tool PFD, chọn View
42
