Dynamic modeling using unisim design: Unit 2 - Pressure flow theory

Chia sẻ: Nguyễn Thành Chung | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:23

Thêm vào BST

Báo xấu

51
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Unit 2 "Pressure flow theory" thuộc bài giảng Dynamic modeling using unisim design cung cấp cho các bạn những giả thiết cơ bản của Dynamic Simulation trong Unisim Design, cách phân tích Flowsheet để đặt giá trị Pressure thích hợp, khai báo những tham số Pressure - Flow phù hợp,...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Dynamic modeling using unisim design: Unit 2 - Pressure flow theory

Nhóm Mô phỏng Công nghệ Hoá học và Dầu khí Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Dynamic Modeling using UniSim Design Unit 2 Pressure Flow Theory
Nội dung  Những giả thiết cơ bản của Dynamic Simulation trong Unisim Design  Cách phân tích Flowsheet để đặt giá trị Pressure thích hợp  Khai báo những tham số Pressure - Flow phù hợp  Cách xử l{ Pressure - Flow specs không phù hợp 2
Mục tiêu  Các mô hình Vật l{ và Toán học  Các giải pháp Pressure-Flow  Pressure-Flow Network và Specifications 3
Cơ sở lý thuyết  Giải pháp Pressure-Flow: vấn đề giá trị dòng biên (Boundary Value Problem)  Những thay đổi áp suất hơi (vessels with hold-ups) bên trong Flowsheet  Lực cản qua các van  Độ dẫn dòng qua các thiết bị (heat exchanger, cooler, heater)  Pressure Nodes –Nút áp lực  Heater/Cooler  Heat Exchanger  Column có nhiều đĩa 4
Nguyên lý cơ bản  Cơ sở để thực hiện phân tích mô phỏng động trong Unisim Design  Vessel có hình dáng xác định → V xác định  Về mặt toán học, điều đó có nghĩa: dV/dt = 0 (1)  Ở chế độ dynamic: dP/dt = f(V, F, T) (2) trong đó V: thể tích xác định F: thay đổi lưu lượng T: nhiệt độ (thay đổi enthalpy) 5
Nguyên lý cơ bản  Phương trình cân bằng lưu lượng thể tích trong bình chứa có thể được biểu diễn như sau: ∆VP + ∆VF + ∆VT = 0 (3) trong đó: ∆VP: biến thiên thể tích phụ thuộc áp suất ∆VF: biến thiên thể tích phụ thuộc lưu lượng ∆VT: biến thiên thể tích phụ thuộc nhiệt độ Tổng của ba đại lượng này phải luôn luôn bằng 0 6
Ví dụ  Xét hoạt động của một tháp tách ở chế độ dynamic, bắt đầu ở chế độ tĩnh với mức chất lỏng là 60%: Gas Flow Flow in 60% Liquid Flow  Steady State: Lưu lượng vào separator = Lưu lượng ra khỏi separator Không có sự thay đổi lượng chất lỏng trong bình chứa 7
Ví dụ  Dynamic Mode: Nếu dòng vào thay đổi trong khi dòng ra (khí và lỏng) không đổi → mức chất lỏng, nhiệt độ, và áp suất trong tháp thay đổi  Tăng lượng chứa trong tháp: Lưu lượng vào – lưu lượng ra = lượng chứa (hold-up)  Tăng áp suất: Lưu lượng hơi vào – lưu lượng hơi ra = lượng chứa Việc tăng mức chất lỏng → lượng hơi chiếm thể tích nhỏ hơn trong bình chứa → tăng áp suất 8
P – F của Valve  Trong một lưu trình bất kz, hoạt động của van mô tả lực cản dòng giữa hai dòng vật chất bằng phương trình dòng chảy rối: Fvalve = f(Cv , P1, P2) (4) trong đó: P1 = áp suất dòng 1 (upstream pressure) P2 = áp suất dòng 2 (downstream pressure) Cv = hệ số van, Unisim Design tính toán giá trị này 9
Quan hệ P – F  Tổng quát hơn, lưu lượng dòng trong Unisim Design Dynamics có liên quan đến delta P: phương trình dòng tương tự phương trình dòng chảy rối F  k P trong đó: k = độ dẫn, (là hằng số, nghịch đảo của trở lực dòng chảy) ρ = khối lượng riêng của dòng vật chất ∆P = chênh lệch áp suất qua thiết bị 10
Quan hệ P – F  Khai báo Cv hoặc k, tốt hơn delta P cố định → mô phỏng gần với thực tế hơn vì độ giảm áp qua van và các thiết bị có thể thay đổi theo lưu lượng dòng  Cho phép giả lập mô hình mô phỏng động:  chính xác hơn  gần với các điều kiện vận hành thực tế 11
Hệ thống P/F  Mô phỏng động toàn diện, phương trình áp suất lưu lượng phức tạp, bao gồm:  Dòng nhiều pha với thế năng trượt giữa các pha.  Thay đổi áp suất tại các nút là hàm của: • cấu hình thiết bị • mức chất lỏng trong bình chứa • enthanpy của các pha  Lưu lượng dòng được xác định bởi: • gradient áp suất • chiều cao chảy tràn trong tháp (weir heights in column) • sự chênh lệch tỷ trọng của lưu thể 12
Giải pháp đồng thời cân bằng P-F  P1, P2, P3… áp suất tại các nút (Vessels with hold up)  F1, F2, F3…lưu lượng của các dòng 13
Giải pháp đồng thời cân bằng P-F Unisim Design Dynamics chia các phương trình mô tả hoạt động của thiết bị bất kz thành ba loại:  Quan hệ áp suất/lưu lượng  Quan hệ năng lượng  Quan hệ thành phần 14
Giải pháp đồng thời cân bằng P-F Có thể thay đổi theo một trong những cách sau đây:  Giảm bước tính toán tích hợp (step size): truy cập từ menu bar Simulation – Integrator  Thay đổi tần suất tích hợp trên mỗi bước (thành phần và enthanpy): truy cập từ menu bar Simulation – Integrator – Execution 15
Phân tích bậc tự do  Tổng số có 7 biến sẽ xác định trong hệ  Feed1 (pressure, flowrate – 2 biến)  Product1 (pressure, flowrate – 2 biến)  Product2 (pressure, flowrate – 2 biến)  V-100 (pressure – 1 biến) 16
Phân tích bậc tự do  Ngoài ra, có 4 phương trình mô tả mối quan hệ áp suất-lưu lượng trong Flowsheet: VLV-100: phtr trở lực dòng FVLV-100 = f(CV, P1, P2) VLV-101: phtr trở lực dòng FVLV-101 = f(CV, P1, P2) VLV-102: phtr trở lực dòng FVLV-102 = f(CV, P1, P2) V-100: Quan hệ nút áp lực dP/dt = f(V, F, T)  Với 7 biến và 4 phương trình → DOF = 7 - 4 = 3 → cần khai báo 3 tham số P/F cho hệ 17
Thiết lập các tham số P/F  Lựa chọn các tham số P/F để tính toán cho lưu trình, bao gồm:  Các tham số áp suất trong các dòng vật liệu  Các tham số lưu lượng trong các dòng vật liệu  Độ giảm áp không đổi qua các thiết bị  Tính toán áp suất/lưu lượng cho valve – trở lực dòng (Cv)  Tính toán độ dẫn k của các thiết bị trong lưu trình.  Trong ví dụ này cần 3 tham số, xét 2 khả năng 18
Khả năng 1  Khai báo 3 tham số sau:  Feed 1 Pressure  Stream 1 Pressure  VLV-100 Delta P Giữa 3 tham số có quan hệ: PFeed1 – P1 – ∆PVLV-100 = 0 thừa 1 tham số 19
Khả năng 2  Khai báo 3 tham số sau:  Feed1 Pressure  Product1 Pressure  Product2 Pressure khai báo P cho tất cả các dòng biên phù hợp hơn 20