Tin học ứng dụng trong công nghệ hóa học C4 hysys basic concept steady state vn 32

Computer Aided Chemical Engineering Computer Aided Chemical Engineering #### HYSYS C4 Khaùi nieäm cô baûn (Moâ phoûng traïng thaùi oån ñònh) Muïc luïc 1 Caùc khaùi nieäm cô baûn, thoáng nhaát 1 1 Kieá[.]

Mục lục

1 Các khái niệm cơ bản, thống nhất

1.1 Kiến trúc dạng Sơ đồ (Flowsheet)

1.2 Di chuyển đa sơ đồ (Multi-Flowsheet Navigation)

1.3 Các Môi trường (Environment): (1) Môi trường cơ sở; (2)

Môi trường mô tả tính chất đối với dầu; (3) Môi trường

Sơ đồ chính; (4) Môi trường Sơ đồ con; (5) Môi trường Tháp

– Column (tương tự Môi trường Sơ đồ con)

Mối quan hệ giữa các Môi trường

2 Sáu bước để xây dựng một Mô phỏng

3 Các phần tử giao diện căn bản

4 Qui ước

4.1 Các từ khóa đối với việc sử dụng chuột (mouse)

4.2 Thuật ngữ về giao diện trong HYSYS

4.3 Màn hình nền (Desktop) của HYSYS : (1) Các thành phần của Desktop; (2) Chọn lựa ưu tiên (Preferences); (3) Thẻ Tab mô phỏng (Simulation Tab) (a Trang Tùy chọn - Options Page;

b Trang Màn hình - Desktop Page; c Trang Đặt tên - Naming

Page) ; (4) Thẻ Tab biến số (Variables Tab) (a Trang Thứ

nguyên - Units Page; b Trang Định dạng - Formats Page)

HYSYS

Tổng quan: Cấu trúc HYSYS & triết lý nền tảng về công nghệ của cấu trúc đó.

Cơ sở của cấu trúc HYSYS : 3 yếu tố quan trọng

1 Các khái niệm cơ bản, thống nhất : xác định phương thức cơ bản để xây dựng một Mô phỏng trong HYSYS

2 Các công cụ công nghệ : xác định cách thức để HYSYS thực hiện tính toán

3 Các phần tử giao diện căn bản : được sử dụng để tương tác với HYSYS

Kết hợp cùng nhau => cách tiếp cận trực quan đến công tác mô hình hóa với HYSYS

Sub-1.1 Kiến trúc dạng Flowsheet (Sơ đồ)

Giả sử chúng ta đang mô phỏng một nhà máy có quá trình công nghệ lớn gồm nhiều thiết bị quá trình đơn lẻ => Thay vì cài đặt mọi dòng quá trình và mọi thiết bị vào một Flowsheet cồng kềnh duy nhất, chúng ta có thể mô phỏng từng thiết bị bên trong Sub- Flowsheet chuyên biệt của nó (Flowsheet).

Các Flowsheets của HYSYS được xác định theo các thành phần của nó như sau:

- Một Gói độc lập về lưu chất (Fluid Package) : bao gồm một Gói về

- Sổ làm việc - Workbook: Cửa sổ HYSYS thể hiện thông tin dưới dạng bảng biểu mô tả các Object của Flowsheet

- Một màn hình nền chuyên biệt (A Dedicated Desktop): Không gian làm việc chính của HYSYS nơi hiển thị các cửa sổ đối với flowsheet

1.1 Kiến trúc dạng Flowsheet

Nhìn từ toàn cảnh đối với Flowsheet chính của mô phỏng, các Sub-Flowsheets chứa bên trong được xem như là các thiết

bị rời rạc có các dòng nhập liệu và dòng sản phẩm.

- Nếu chúng ta chỉ quan tâm đến các dòng nhập liệu vào và các dòng sản phẩm từ một Sub-Flowsheet, ta có thể làm việc trong Flowsheet chính một cách đơn giản.

- Nếu chúng ta chỉ muốn tập trung vào các Object (Đối tượng) trong Sub-Flowsheet, ta có thể đi vào bên trong Sub- Flowsheet.

Hình 1: Flowsheet chính đối với mô phỏng Sour Water Stripper

1.1 Kiến trúc dạng Flowsheet

Trong Sub-Flowsheet của tháp

phân tách - column, các khay

(MAIN TS), nồi đun (REBOILER)

và bộ ngưng tụ (CONDENSER)

hiện diện như là các thiết bị

đơn lẻ Tương tự, các dòng

nối với các thiết bị cũng

được phân biệt (thí dụ, To

Condenser - đến bộ ngưng tụ,

Reflux - hồi lưu, Boilup - lỏng

sôi, To Reboiler - đến nồi

đun).

Các dòng của Sub-Flowsheet

được Flowsheet chính quan tâm

gồm: dòng nhập liệu (Feed),

các dòng sản phẩm (Off Gas,

Bottoms) và các dòng phục

vụ (utility) (Cooling Water,

Steam) Các dòng này được

“gắn” với Flowsheet chính để

tạo điều kiện trao đổi thông

tin đến và từ Sub-Flowsheet.

Sub-Flowsheet của tháp phân tách - column, mà nó có Workbook và

PFD riêng của mình, cho phép chúng ta tập trung vào các thông tin chỉ thuộc về Sub-Flowsheet đó (H 2)

1.1 Kiến trúc dạng Flowsheet

Kiến trúc dạng đa Flowsheet của HYSYS có một số ưu điểm kỹ thuật và chức năng:

- Phân chia nhỏ một quá trình lớn, phức tạp thành các thành phần nhỏ hơn, ngắn gọn hơn

- Sử dụng một Fluid Package độc lập đối với mỗi Flowsheet

- Xây dựng một thiết bị như là một Template (Khuôn mẫu) của Flowsheet (thí dụ, một chu trình lạnh hay một hệ thống chắt gạn) và lưu trữ nó vào đĩa Sau đó chúng ta có thể cài đặt Template này vào một mô phỏng khác, và dễ dàng kết nối các dòng nhập liệu và sản phẩm cần thiết như ta đã thực hiện đối với bất kỳ thiết bị nào khác.

- Sử dụng các Flowsheets chứa trong nhau (nested), tức là có Flowsheet bên trong các Sub-Flowsheets khác Hạn chế hay ngoại lệ duy nhất về cơ chế chứa trong nhau (nesting) là trường hợp tháp phân tách columns; nghĩa là, ta không thể tạo ra các Sub-Flowsheets chứa trong các Sub-Flowsheets của column.

Sub-Không có giới hạn (ngoại trừ bộ nhớ cần thiết) đối với số flowsheets có trong một mô phỏng HYSYS

Kiến trúc dạng đa Flowsheet là giải pháp lý tưởng cho việc sử dụng nhiều gói tính chất (multiple property packages) hay cho việc mô hình các quá trình lớn/phức tạp

1.2 Di chuyển đa sơ đồ

Kiến trúc dạng đa Flowsheet của HYSYS có thể được xem là tương tự như cấu trúc thư mục (directory structure)

- Các Flowsheets và Sub-Flowsheets: Các directories và sub-directories;

- Các dòng và các thiết bị: Các files trong thư mục đó;

- Thông tin về quá trình gắn với các dóng và thiết bị : Nội dung của các files

Công cụ đặc biệt của HYSYS, Navigators: Trong một cửa sổ

đơn lẻ, ta có thể truy cập nhanh chóng và dễ dàng một dòng, thiết bị hay thông số quá trình của bất kỳ một Flowsheet nào trong mô phỏng đang xét ( Hình 3 ).

1.3 Các Môi trường

Các Environments của HYSYS cho phép ta truy cập và nhập thông tin trong một khu vực hay “environment” nhất định của chương trình, trong khi các khu

vực khác được đưa vào chế độ “treo - hold” cho đến khi ta kết thúc công

việc trong khu vực đang xét.

Có 5 Environments trong HYSYS.

(1) Basis Environment (Môi trường cơ sở)

Bất cứ khi nào ta bắt đầu một mô phỏng trong HYSYS, ta sẽ khởi đầu một cách tự động trong Basis Environment Ở đây ta có thể tạo dựng, xác định và chỉnh sửa các Fluid Packages được sử dụng bởi các flowsheets của mô phỏng Nói chung, một Fluid Package chứa ít nhất một Property Package, cũng như các cấu tử có trong thư viện và/hay cấu tử giả định (hypothetical component) Một Fluid Package có thể chứa các thông tin khác như các thông số phản ứng và thông số tương tác.

(2) Oil Characterization Environment (Môi trường mô tả tính chất đối với dầu)

Để mô tả tính chất các lưu chất dạng dầu bằng cách tạo dựng và xác định Assays (phân tích) và Blends (hỗn hợp) Thủ tục mô tả tính chất các lưu chất dạng dầu sẽ tạo ra các cấu tử giả lập (pseudo-components) để sử dụng trong Fluid Package(s) của chúng ta Oil environment là duy nhất theo nghĩa nó chỉ có thể được truy cập từ Basis environment.

1.3 Các Môi trường

(3) Main Flowsheet Environment (Môi trường Sơ đồ chính)

Để tiến hành phần lớn các công việc của chúng ta – xác định hình dáng (topology) của Flowsheet chính trong mô phỏng bằng cách cài đặt và xác định các dòng, thiết bị và Sub-Flowsheets

(4) Sub-Flowsheet Environment (Môi trường Sơ đồ con)

Để xác định hình dáng (topology) của một Sub-Flowsheet cụ thể Environment này tương tự như Environment chính là ta có thể cài đặt các dòng, thiết bị và Sub-Flowsheets

(5) Column Environment (Môi trường Tháp – tương tự như Flowsheet Environment)

Sub-Để xác định hình dáng (topology) của một Column Sub-Flowsheet cụ thể Thí dụ cho các thiết bị chứa trong một Column Sub-Flowsheet là các đoạn tháp làm việc (tray sections), bộ ngưng tụ, nồi đun và side strippers

HYSYS chứa một số các Templates đã được xây dựng sẵn cho Sub-Flowsheet của column cho phép ta cài đặt nhanh chóng một dạng column điển hình và sau đó chỉnh sửa theo ý của mình

Mối quan hệ giữa các Môi trường

Nhớ rằng ta có thể di

chuyển giữa các môi

trường tại bất kỳ thời

điểm nào trong khi mô

phỏng

Các môi trường tháp và

Sub-Flowsheet được truy

cập từ Flowsheet chính Tuy

nhiên, đây chỉ là cách di

chuyển điển hình giữa

các môi trường Công cụ

Navigator cho phép ta di

chuyển trực tiếp từ một

flowsheet đến bất kỳ một

flowsheet nào khác

Giới hạn duy nhất là chỉ

có

thể truy cập Oil

Environment từ bên trong

Basis Environment Hình 4 trình bày mối quan hệ giữa các môi

trường khác nhau

Bước 2: Trong Basis Environment, chúng ta có thể:

- Chọn lựa phương pháp tính toán tính chất hóa lý của lưu chất (property method) và khai báo các cấu tử tinh khiết (pure components) có trong lưu chất từ thư viện cấu tử tinh khiết của HYSYS.

- Tạo lập và định nghĩa bất kỳ các cấu tử giả định nào

- Định nghĩa phản ứng

Tại thời điểm này, ta có hai sự lựa chọn Nếu ta có một lưu chất là dầu cần được mô tả tính chất, ta phải tiến hành Bước 3 Ngược lại, ta tiến hành ngay Bước 5

Để truy nhập vào Oil Environment, trước hết ta phải ở trong Basis Environment.

Bước 3: Đi vào Oil Characterization Environment, mà ở đây ta có thể:

- Định nghĩa một hay nhiều Assays (phân tích) và Blends (hỗn hợp)

- Tạo dựng các cấu tử dầu giả lập (petroleum pseudo components) để mô tả dầu đang xét

Bước 4: Quay về Basis Environment

Bước 5: Đi vào Main Flowsheet environment, mà ở đây ta:

- Xác định hình dáng của Main Flowsheet bằng cách cài đặt các dòng và các thiết bị

- Cài đặt các tháp (column) và/hay các Sub-Flowsheets khuôn mẫu (template).

Bước 6: Đi vào Column hay Sub-Flowsheet Environment, mà ở đây ta xác định hình dáng của một Sub-Flowsheet cụ thể Cần nhớ rằng, nếu ta muốn thay đổi hình dáng một Flowsheet bất kỳ, ta phải thực hiện các thay đổi bên trong môi trường của Flowsheet cụ thể đó.

3 Các phần tử giao diện căn bản

Ba phần tử giao diện căn bản để tương tác với HYSYS là:

Màn hình PFD , Sổ làm việc Workbook và Cửa sổ Property View Không có sự giới hạn về việc các phần tử giao diện nào có thể được mở tại một thời điểm bất kỳ Mọi thông tin hiển thị được tự động cập nhật và là thông tin mới nhất.

3.1 Màn hình PFD

PFD là một biểu diễn đồ họa của flowsheet, trình bày các kết nối giữa các

dòng và các thiết bị

Ngoài những công cụ

khác, ta có thể sử dụng

PFD để xây dựng và

khảo sát flowsheet, và

hiển thị các thông tin

chi tiết về quá trình

bằng cách sử dụng các

Bảng cân bằng vật chất

theo ý của mình Một

thí dụ về PFD được

trình bày trong hình.

3 2 Sổ làm việc - Workbook

Thông tin được chia sẻ giữa mọi phần tử giao diện căn bản,

do đó bất kể ta đang mở một/các phần tử giao diện nào trên màn hình, mỗi phần tử giao diện đều hiển thị dữ liệu mới nhất.

Sổ Workbook là một tập hợp các trang page và hiển thị các thông tin dưới dạng bảng Mỗi trang của sổ Workbook hiển thị thông tin về một dạng

đối tượng cụ thể,

như là dòng hay

thiết bị Ta có thể

cài đặt nhiều

trang đối với một

đối tượng đang

xét, hiển thị thông

tin ở các mức độ

chi tiết khác nhau

Một thí dụ về Sổ

Workbook được

trình bày trong

hình.

về “các tính chất” đối với một dòng

hay thiết bị với mỗi

cửa sổ được truy cập thông qua một

thẻ tab Trong mỗi thẻ tab có một vài

trang page chứa các thông tin về tính chất tương ứng

Một thí dụ về cửa sổ property được trình bày trong hình.

4 Qui ước

4.1 Các từ khóa đối với việc sử dụng mouse

Nút chuột chính (primary mouse button) là nút thường sử dụng nhất Đối với đa số người dùng chuột chuẩn hai nút, nút chuột chính là nút trái, và nút chuột phụ là nút phải

- Select, choose, press hay click: Đặt con trỏ vào đối tượng hay nút bấm quan tâm, và nhấn nút chuột chính ( primary ) một lần

- Double-click: Đặt con trỏ vào đối tượng quan tâm, và nhấn nút chuột chính ( primary ) hai lần liên tiếp.

- Click and drag ( kéo ): Đặt con trỏ vào đối tượng quan tâm, nhấn và giữ nút chuột chính , di chuyển con trỏ đến vị trí mới, rồi thả nút chuột chính.

- Kiểm tra đối tượng Object inspect : Đặt con trỏ vào đối tượng hay nút bấm quan tâm, và nhấn nút chuột phụ

( secondary ) một lần

bị, hay một cửa sổ thông báo lỗi.

Cửa sổ thông tin về tính chất của đối tượng - Property View: Là một cửa sổ có nhiều trang page được truy cập thông qua các thẻ tab Các cửa sổ property được sử dụng phổ biến trong HYSYS, và cho phép truy cập mọi thông tin liên quan đến một đối tượng (thí dụ một dòng hay một thiết bị).

Cửa sổ thể thức - Modal View: Có đường biên dày, và không có một hay cả hai nút Minimize/Maximize ở góc phía trên bên phải Ta không thể di chuyển ra ngoài cửa sổ modal cho đến khi ta đóng cửa sổ này, hay nhập dữ liệu đòi hỏi Nói chung, mục đích của cửa sổ modal là để tập trung sự chú ý của chúng ta vào nhiệm vụ hiện thời trước khi cho phép ta thực hiện nhiệm vụ kế tiếp.

Cửa sổ property dạng modal - Modal Property View: Là một cửa sổ property như đã mô tả trên đây, có đường biên dày, và một chốt Pin ở góc phía trên bên phải Cửa sổ property dạng modal có cách hành xử tương tự như cửa sổ modal đã mô tả trên đây, theo nghĩa là ta không thể di chuyển ra ngoài cửa sổ modal cho đến khi ta đóng cửa sổ này Tuy nhiên, một cửa sổ property dạng modal có thể chuyển đổi thành cửa sổ không ở dạng modal bằng cách nhấn chốt Pin.

Cửa sổ không ở dạng modal - Non-Modal view: Có một hay cả hai nút

Minimize/Maximize và một đường biên bình thường Khi một cửa sổ không

ở dạng modal được mở, ta có thể truy cập các đối tượng khác trên màn hình nền Desktop.

4.2 Thuật ngữ

về giao diện

trong HYSYS

Nút - Button: thực hiện một

lệnh khi được nhấn

Thẻ - Tabs: Trong cách trình

bày với dạng nhiều trang thông tin như cửa sổ property hay sổ Workbooks, các trang được truy cập nhờ các thẻ tab ở phần dưới của cửa sổ

Trang - Pages: Hầu hết các thẻ tab có các cửa sổ trang page kèm theo Các cửa sổ này được liệt kê trong một cột ở phần bên trái của cửa sổ

4.2 Thuật ngữ về giao diện trong HYSYS

Hộp danh mục rơi - Drop-down List: Một danh mục các sự lựa chọn sẵn có đối với một ô nhập thông tin input cell nào đó; Ô nhập thông tin - Input cell: Một vị trí bên trong một cửa sổ mà ở đó thông tin được nhập vào và/hay hiển thị Các thí dụ như là tên dòng, nhiệt độ, v.v… Trong nhiều trường hợp, một ô nhập thông tin có một một hộp danh mục rơi kèm theo; Ma trận - Matrix: Một nhóm các ô dưới dạng bảng, nhờ vậy ta có thể dịch chuyển với chuột hay các phím mũi tên của bàn phím; Hộp chọn - Check Box: Các hạng mục hay cách thiết lập ở trạng thái On hoặc Off Click vào một hộp chọn trống sẽ mở chức năng On Click vào đó lần nữa sẽ chuyển sang Off; Thanh soạn thảo - Edit Bar: Nằm ở đỉnh của cửa sổ, được dùng để nhập hay chọn dữ liệu dạng số hay văn bản; Vị trí hoạt động được đánh dấu sáng - Active Highlighted Location: vị trí đang ở trạng thái hoạt động trên một cửa sổ cụ thể thì luôn được biểu thị bằng cách đánh dấu sáng; Hộp thứ nguyên - Unit Box: nằm kèm với thanh Edit Bar, hộp này có một hộp các thứ nguyên dạng danh mục rơi để dùng cho dạng thông số của ô nhập hiện hành; Chỉ báo trạng thái đối tượng - Object Status Indicator: Nắm ở đáy của mỗi cửa sổ property, nó thể hiện trạng thái tính toán của đối tượng liên quan Chỉ báo này hiển thị một thông báo trạng thái với nền có màu tương ứng (màu đỏ đối với trường hợp thiếu dữ liệu, màu vàng đối với thông báo cảnh báo và màu xanh đối với trường hợp OK)