Microsoft powerpoint 1 simulation in chemical processes

NỘI DUNG MÔN HỌCChương 1: Giới thiệu về mô phỏng và các phần mềm phổ biến trong mô phỏng các quá trình công nghệ hóa học Chương 2: Giới thiệu về Aspen Hysys và các tính năng cơ bản 2.1..

Trang 1

SIMULATION IN

CHEMICAL PROCESSES

Instructor: Dr Le Dinh Chien

Department of Oil Refining and Petrochemistry

Faculty of Oil and Gas

Hanoi University of Mining and Geology

Kỹ năng mềm

Thiết kế (Designer) Vận hành (Operator)

Tư vấn (Consultant)

Instructor: Dr Le Dinh Chien

Trang 2

• GPP Dinh Cố - Phòng điều hành - Operator

MỤC ĐÍCH MÔN HỌC

phỏng điển hình trong công nghệ Lọc Hóa dầu

Hysys để thực hiện một số bài toán chuyên ngành cụ

thể

theo nhóm

Trang 3

TIÊU CHUẨN ĐÁNH GIÁ

- Dự lớp đầy đủ theo quy định (nghỉ không quá 1/5 số giờ

lên lớp)

- Thực hiện các Task trong mỗi session

- Thi cuối học kỳ (vấn đáp/ viết + thực hành)

- Bài tập lớn

TÀI LIỆU THAM KHẢO

 Advanced Process Modeling using HYSYS (2008) –

Aspentech Training Manual Workbook

 Process Modeling using HYSYS with Refinery Focus

(2004) – Aspentech

 Process Modeling using HYSYS (2004) – Aspentech

 Simulation Basis - Aspentech

 Dynamic Modeling - AspenTech

Trang 4

NỘI DUNG MÔN HỌC

Chương 1: Giới thiệu về mô phỏng và các phần mềm phổ biến trong mô

phỏng các quá trình công nghệ hóa học

Chương 2: Giới thiệu về Aspen Hysys và các tính năng cơ bản

2.1 Thiết lập một quá trình mô phỏng với Hysys

2.2 Sử dụng các tiện ích trong Hysys

2.3 Một số mô hình thiết bị cơ bản trong Hysys

Chương 4: Thực hành: Ứng dụng Aspen Hysys trong mô phỏng một số quá

trình trong công nghệ chế biến dầu và khí tự nhiên

4.1 Mô phỏng một số quá trình trong công nghệ chế biến khí tự nhiên

4.2 Mô phỏng một số quá trình trong công nghệ chế biến dầu thô

4.3 Mô phỏng một số quá trình trong công nghệ hóa dầu

Mối quan hệ với các môn học khác

Các môn học khác Nội dung môn học TƯD

Công nghệ lọc dầu, Công

nghệ hóa dầu, Công nghệ chế

trong công nghệ lọc dầu

Nhập các thiết bị trong HysysInstructor: Dr Le Dinh Chien

Trang 5

• Các quá trình truyền nhiệt

• Các quá trình chuyển khối

Trang 6

Các quá trình

chuyển khối

Các thông

số công nghệ

Quá trình công nghệ

Các quá trình truyền nhiệt

• Thực hiện mô phỏng một quá trình

trong thực tế như thế nào?

Trang 7

Thiết lập

Mô hình SỐ

Trợ giúp của MÁY TÍNH

MÔ HÌNH HÓA

Sử dụng Phương pháp SỐ

MÔ PHỎNG

Xử lý các biểu thức

Mô hình nguyên lý

Trang 9

với các ngôn ngữ khác như Access, SQL,

- File ứng dụng có kích thước nhỏ, dễ cài đặt

- Giao diện kiểu Windown

- Khả năng quản lý khối lượng dữ liệu lớn

- Lưu trữ dữ liệu dưới nhiều dạng thức

- Tính bảo mật cao

Excel - Quản lý dưới dạng bảng tính, đồ thị

- Thích hợp cho quản lý nhân sự, vật tư, kế toán

Matlab

- Ngôn ngữ tính toán, lập trình tuyệt vời cho các

kỹ sư

- Được sử dụng rất rộng rãi, đặc biệt trong các

Trang 10

Cơ sở dữ liệu

•Các đại lượng vật lý và hoá lý

•Các thông số nhiệt động của các hợp chất ở điều kiện

công nghệ

•Xác định Hằng số cân bằng pha của các hợp chất trong

điều kiện công nghệ

•Tính Hằng số cân bằng của các phản ứng xảy ra trong

quá trình công nghệ

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÔNG NGHỆ

• IDEAS Simulation; Simulator 42; …

Trang 11

CÁC PHẦN MỀM PHỔ BIẾN

•Các phần mềm thương mại của các hãng phần mềm

chuyên nghiệp

•Tính năng tính toán thiết kế mạnh

•Cơ sở dữ liệu phong phú

- Simulation Sciences SIMSCI (California): PRO//II, DYNSIM

- Hyprotech (Calgary, Canada): HYSIM, HYSYS, HTFS,

STX/ACX, BDK

- Aspen Technology (Cambridge, USA): Aspen-Plus (Most widely

used and versatile in range and application)

- Bryan research & engineering: PROSIM, TSWEET, PROMAX

- Prosim (Labege, France): Prosim Plus

- Chemstation (Houston): CHEMCAD

- PSE Ltd (London): gPROMS

- Winsim (DESIGN II for Windows)

- IDEAS Simulation

- Simulator 42

- RSI (France): RSI

Trang 12

HAI KIỂU MÔ PHỎNG

•Mô phỏng tĩnh (Steady Mode):

• Thiết kế (Designing) một quá trình công nghệ mới

• Thử lại, kiểm tra lại (Retrofitting) các quá trình đang tồn tại

• Hiệu chỉnh (Troubleshooting) các quá trình đang vận hành

• Tối ưu hóa (Optimizing) các quá trình đang vận hành

•Mô phỏng động (Dynamic Mode): mô phỏng thiết bị hoặc

quy trình đang hoạt động

• Khảo sát sự đáp ứng khi thay đổi các thông số công nghệ

• Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến hệ thống theo thời gian

• Phương pháp xử lí tình huống giả lập trong quá trình thiết kế và

vận hành quá trình một cách hiệu quả và an toàn nhất

Pro/II

Sản phẩm của Hãng Simsci

• Hình thành năm 1967

• Sử dụng chính thức vào năm 1988

• Phiên bản mới nhất hiện nay là Pro/II 9.0 (tuy nhiên phiên bản 8.2

được sử dụng rộng rãi hơn cả)

Trang 13

Pro/II có duy nhất một trạng thái mô phỏng:

Mô phỏng tĩnh nhược điểm

Tuy nhiên, bên cạnh Pro/II còn có phần mềm DYNSIM

(cũng của hãng Simsci), đây là phần mềm rất mạnh để

mô phỏng động

Trang 14

Ứng dụng của Pro/II

• Thay đổi nguồn nguyên liệu,

• Điều kiện vận hành

• Tiêu chuẩn kỹ thuật của sản phẩm…

• Mô phỏng thiết kế thiết bị

• Kiểm tra, tối ưu hoá, cải tiến công nghệ, nâng cao lợi

nhuận của nhà máy

Trang 15

• Hệ thống thu gom dầu khí

• Hệ thống đường ống vận chuyển và phân phối khí

• Phân tích các điểm nút

• Tính toán kích thước các đường ống

• Nghiên cứu quy hoạch và quản lý tài nguyên thực tế

• Hệ thống cung cấp hơi nước

• Các đường ống CO2

• Phân tích khí nâng

• Phân tích truyền nhiệt cho đường ống dẫn dầu nặng

• Dự báo điều kiện tạo Hydrate

PIPEPHASE

•Sản phẩm của Hãng Simsci

•Đặc biệt hiệu quả khi tính toán đường ống

Trang 16

•Cho phép thực hiện nhiều ứng dụng:

• Nghiên cứu thiết kế quá trình

• Khảo sát quá trình điều khiển

• Huấn luyện vận hành

• Phân tích hệ thống

• Tối ưu hóa thời gian thực

•Phiên bản mới nhất: Dynsim 4.2.

Trang 17

Tính năng vượt trội trong việc mô phỏng động

• Tính toán rất nhanh và chính xác trong mô phỏng động

• Các thiết bị chính trong sơ đồ công nghệ, thiết bị điều khiển, vận hành

và khả năng đáp ứng của chúng rất gần với thực tế

• Có thể lấy kết quả thiết kế ở trạng thái ổn định trực tiếp từ Pro II của một

quá trình có sẵn

• Có thể kết nối dữ liệu với các phần mềm khác như Excel, Hysys,

DYNSIM

Tính năng vượt trội trong việc mô phỏng động

• Có nhiều chức năng đặc biệt cho mô phỏng động như

• Có thể mô phỏng một sơ đồ công nghệ lớn trong nhà máy với nhiều

phân xưởng, trong đó mỗi phân xưởng có thể mô phỏng trên một

Flow-sheet và kết nối với nhau

• Giao diện rất thân thiện

Trang 18

DYNSIM

•Dynsim rất mạnh trong mô phỏng động:

• Công nghệ hóa học

• Công nghệ lọc hóa dầu

•Khả năng kết nối dữ liệu thiết kế với Pro II, Hysys, mô

•Giá thành phần mềm so với giá của một pilot.

Trang 19

Ưu điểm của phần mềm Hysys:

• Có khả năng tính toán đa dạng

• Cho kết quả có độ chính xác cao, cung cấp nhiều thuật toán sử

dụng, trợ giúp trong quá trình tính toán công nghệ, khảo sát các thông

số trong quá trình thiết kế nhà máy chế biến khí

• Ngoài thư viện có sẵn, Hysys cho phép người sử dụng tạo các thư

viện riêng rất thuận tiện cho việc sử dụng.

• Có khả năng tự động tính toán các thông số còn lại nếu thiết lập đủ

thông tin -> điểm mạnh

• So với Pro/II, điểm nổi bật của HYSYS là giao diện thân thiện hơn,

tương thích với nhiều hệ điều hành và cách truy xuất kết quả tốt

hơn, giúp cho người dùng dễ đọc và dễ phân tích hơn so với Pro/II.

Mặc khác nhờ ra đời sau nên HYSYS đã kịp hiệu chỉnh các thiếu sót

của Pro/II, HYSYS có nhiều mô hình thiết bị hơn, khả năng tính

toán thiết kế cao hơn, kèm theo đó là các mô hình thiết bị điều

khiển như LIC….

Trang 20

Hysys bao gồm các ứng dụng sau:

• Hysys.Concept: Thiết kế và bảo vệ hệ thống phân tách một cách hiệu quả nhất.

• Hysys.Process: Giảm thấp nhất vốn đầu tư và chi phí vận hành, chọn lựa cách

bảo quản, các đặc tính và phân loại thiết bị, trang bị và sửa chữa các thiết bị để

cải tiến quá trình hoạt động và điều khiển nhà máy.

• Hysys.Plant: Sử dụng công cụ mô phỏng để đưa ra các điều kiện thuận lợi,

đánh giá hoạt động của nhà máy hiện hành, trang bị các thiết bị để đạt được độ

tin cậy về hoạt động, an toàn, lợi nhuận cao nhất Cải tiến các thiết bị có sẵn và

mở rộng quy mô nhà máy hiện hành.

• Hysys.OTS: Những qui trình hướng dẫn hoạt động giúp người vận hành nắm

bắt về công nghệ, mức độ an toàn trong hoạt động của nhà máy, làm theo

những qui tắc hướng dẫn về an toàn và vận hành để tăng lợi nhuận.

• Hysys.RTO+: Tối ưu hiệu quả nhà máy, chuyển đổi mô hình sản xuất, sử dụng

công nghệ có sẵn và tăng lợi nhuận trong hoạt động bằng cách cho phép những

thay đổi về công nghệ và sản phẩm.

• Economix: Những dữ liệu thu được từ mô phỏng là công cụ cơ bản để dựa

vào nó mà có những thông tin xác thực nhằm quyết định về vấn đề đầu tư và

xây dựng một cách có hiệu quả nhất.

Ở đây ta chỉ sử dụngHysys.Plant

Trang 21

Trang 22

•Thiết kế mô phỏng là xu thế hiện nay, là giải pháp hiệu

quả cho các bài toán công nghệ

•Sử dụng các phần mềm thương mại của các hãng phần

mềm chuyên nghiệp đòi hỏi phải có bản quyền

•Xây dựng các phần mềm mô phỏng theo yêu cầu thực tế

là giải pháp khả thi và kinh tế

Trang 23

TÀI LIỆU THAM KHẢO CHÍNH

1 HYSYS v2.4.1.3870 Add.Ons

2 Advanced Hysys Course_2008.pdf

3 Literatures for EOS

4 Uniquac

5 Perry’s Chemical Engineers’ Handbook,8thEdition, The

McGraw-Hill Companies, Inc 2008

THAO THÁC MỞ ĐẦU

TRUY NHẬP HYSYS

Department of Oil Refining and Petrochemistry

Faculty of Oil and Gas

Hanoi University of Mining and Geology

E-mail: chien.dinh.le@bath.edu

Trang 24

(Yêu cầu xem lại Session 1 để hiểu các bước tiến hành quá trình

mô phỏng)

Để xây dựng một mô hình mô phỏng hiệu quả, chúng ta phải xác

định đúng mục tiêu Bước đầu tiên trong bất cứ một quá trình mô

phỏng nào cũng là lượng hóa các mục tiêu càng nhiều càng tốt

Các kết quả đạt được thường phụ thuộc vào các yêu cầu đặt ra

Như vậy, trước khi mô phỏng nên đặt ra các câu hỏi sau:

•Mục đích sử dụng công cụ mô phỏng trong trường hợp này để

làm gì?

•Quá trình mô phỏng sẽ thực hiện những việc gì?

•Sự phức tạp có cần thiết không?

•Cần thiết phải tìm ra các kết quả nào từ quá trình mô phỏng?

Bắt đầu với Hysys

Simulation Basis Manager (thiết lập ban đầu

cho quá trình mô phỏng)

Simulation Enviroment (vào môi trường mô phỏng)

 Đặt các dòng: thành phần, lưu lượng, t, P Tính

toán các tính chất của dòng

 Đặt các thiết bị

 Chạy và in kết quả

Trang 25

Simulation Basis Manager

Lựa chọn cấu tử

Nút Miêu tả

View Cho phép chúng ta xem hoặc sửa đổi thông tin trong cửa

sổ hiển thị tính chất của danh sách hợp phần được lựa

chọn.

Add Cho phép chúng ta tạo một danh sách hợp phần.

Chú ý: Các danh sách hợp phần có thể được tao thêm

thông qua cửa sổ hiện thị tính chất của gói chất lưu

Delete Loại bỏ danh sách hợp phần được lựa chọn khỏi mô

phỏng

Copy Tạo một bản sao của danh sách hợp phần được lựa chọn.

Import Cho phép chúng ta nhập một một danh sách hợp phần đã

được định nghĩa trước đó từ đĩa Các các danh sách hợp

phần là các file có phần mở rộng là “.cml”.

Export Cho phép chúng ta xuất danh sách hợp phần được lựa

chọn ra một đĩa Các danh sách hợp phần có thể được lấy

lại vào các mô phỏng khác bằng việc sử dụng chức năng

Trang 26

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

Enthanpie của pha lỏng và pha hơi

Entropy của pha lỏng và pha hơi

Tỷ trọng của pha lỏng và pha hơi

Trang 27

•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

Lựa chọn phương pháp nhiệt

động học

PR: Peng Robonson PRSV: Peng Robinson Stryjek-Vera GS: Grayson-Streed

ZJ: Zudkevitch Joffee CS: Chao Seader NRTL: Non-Random-Two-Liquid MBWR: Modified Benedict Webb Rubin

Tháp chưng cất dầu thô áp suất khí quyển PR, PR Options, GS

Tháp chưng cất chân không PR, PR Options, GS (<10mmHg), Braun K10, Esso K

Sấy bằng TEG có mặt các hợp chất thơm PR

Các hệ hydrocacbon trong đó độ tan của nước

trong các hydrocacbon là quan trọng

Kabadi Danner

Trang 28

SRK, PR, (người sử dụng nên đưa vào các thông

số tương tác để thu được kết quả chính xác hơn)

Hấp thụ khí axit bằng amin (AMISOL) kiềm xoda

nóng

ELECNRTL

PSRK, SRPOLAR

Xử lý khí tự nhiên có lẫn nước làm việc ở áp suất cao

(độ hòa tan của hydrocacbon trong nước sẽ tăng lên)

SRKM, PRM, SRKS, SRKKD (EOS SRK được biến đổi bởi Kabadi-Danner)

Quá trình chế biến dầu

Khi hàm lượng phần nhẹ lớn(nhất là thành phần C1)

SRK,PR

Hệ thống áp suất cao (tháp chưng cất phân đoạn sản

phẩm của phân xưởng cracking, cốc hóa,…) hàm

lượng phần nhẹ nói chung lớn

GS, SRK, PR

Trang 29

Quá trình hóa dầu

Chưng tách rượu đẳng phí WILSON, NRTL, UNIQUAC

Trang 30

Structure Builder:Xây dụng cấu trúc

•Critical: Nhập thông tin tối thiểu

•“Estimate Unknown Props”: Hysys sẽ tự động tính

toán tất cả các tính chất khác cũng như định nghĩa đầy

đủ hợp phần giả định

•“Add Hypo”: Nhập hợp phần giả định vào danh sách

các hợp phần được lựa chọn (Có thể sử dụng nút “Sort

list” để gọi danh sách các hợp phần”

Cấu tử giả (Hypothetical)

(Thông tin tối thiểu phải biết để định nghĩa một

hợp phần giả định là nhiệt độ sôi ở điều kiện

chuẩn Pt hay là tỷ trọng của chất lưu lý tưởng

(chất lưu có dòng chảy lý tưởng) và khối lượng

Trang 32

Độ chuyển hóa

Độ chuyển hóa

Sự đặc trưng dầu mỏ

Đặc trưng dầu mỏ trong Hysys chấp nhận các dạng thông tin khác nhau về

dạng dầu mỏ Chúng ta càng cung cấp nhiều thông tin cho mẫu của

chúng ta, thì sự miêu tả càng chính xác

(Lượng thông tin tối thiểu mà Hysys yêu cầu để đặc trưng một dầu mỏ là:

1. Một đường cong chưng cất trong phòng TN

2. Hai trong số các tính chất sau: Khối lượng phân tử, tỷ trọng, hoặc

hệ số K Waston.)

Trang 33

Các dạng phép thử

Việc đặc trưng đúng tính dễ bay hơi là quan trọng khi miêu tả một chất lưu dầu mỏ trong quá

trình mô phỏng của chúng ta Hysys chấp nhận các đặc trưng tiêu chuẩn để đánh giá khả

năng bay hơi sau:

• Điểm sôi thực (TBP) Được thực hiện ở các máy phân tách gián đoạn có nhiều đĩa hoạt

động ở các tỷ số hồi lưu cao.

• ASTM D86 Sự chưng cất dùng phân tách gián đoạn nhưng sử dụng các bình Engler không

có hồi lưu (bình thót cổ) Nói chung sử dụng cho các phân đoạn dầu mỏ nhẹ và trung bình.

(Với tất cả các đường cong chưng cất, chúng ta được yêu cầu là phải nhập ít nhất 5 điểm dữ

liệu)

• D1160 distillation Sự chưng cất dùng phân tách gián đoạn nhưng sử dụng các bình Engler

không có hồi lưu (bình thót cổ) Nói chung sử dụng cho các phân đoạn dầu mỏ nặng.

• D86_D1180 Đây là một sự kết hợp của các dạng dữ liệu chưng cất D86/D1180.

• ASTM D2887 Mô phỏng chưng cất phân tích từ dữ liệu sắc kí.

• Equilibrium Flash Vaporization (EFV) Bao gồm một chuỗi các thực nghiệm ở áp suất khí

quyển không đổi, ở đó toàn bộ hơi nằm cân bằng với lỏng chưa bay hơi.

• Chromatographic Analysis Một phân tích sắc kí khí của một mẫu nhỏ dầu đã bay hơi hoàn

toàn, được phân tích cho các nhóm hydrocacbon paraffin, aromatic, naphten từ C6 đến C30.

Các phân tích sắc kí có thể được nhập trên cở sở mole, khối lượng, hay thể tích lỏng.

Phân đoạn nhẹ

Các phân đoạn nhẹ được định nghĩa bằng các hợp phần nguyên chất với

các điểm sôi thấp Các thành phần ở trong khoảng nhiệt độ sôi của C2

đến n-C5 thường được quan tâm nhất

Hysys cung cấp ba tuỳ chọn để tính toán cho phân đoạn nhẹ:

• Ignore Hysys đặc trưng phân đoạn nhẹ của mẫu của chúng ta bằng các

cấu tử giả Đây là phương pháp ít chính xác nhất và do vậy nó không

được khuyến cáo sử dụng

• Auto Calculate Lựa chọn cái này khi chúng ta không có một phân tích

riêng rẽ các hợp phần nhẹ nhưng chúng ta muốn phần có nhiệt độ sôi

thấp được miêu tả bằng các cấu tử nguyên chất Hysys sẽ chỉ sử dụng

các cấu tử nguyên chất mà chúng ta đã lựa chọn trong gói chất lưu

• Input Composition Lựa chọn cái này khi chúng ta có phân đoạn nhẹ đã

được phân tách riêng rẽ và dầu mỏ của chúng ta được pha chế với phân

đoạn nhẹ trong mẫu Hysys cung cấp một danh sách các cấu tử nguyên

chất mà chúng ta đã lựa chọn trong gói chất lưu Đây là một phương

pháp chính xác nhất để miêu tả

Định dạng
Số trang	46
Dung lượng	2,98 MB