Huong Dan Hysys_KS Dao Van Huan BKSG

Bài giảng môn Tin ứng dụng 24/8/2010

KS. Đoàn Văn Huấn - BM. Lọc Hóa dầu 1

BÀI GIẢNG TIN ỨNG DỤNG

KS. Đoàn Văn Huấn – BM. Lọc Hóa dầu

Số trình: 05



“We learn …10% of what we read; 20% of what we hear; 30% of what we see; 50% of what we see and hear; 70% of what we discuss; 80% of what we experience; 95% of what we teach others”

Kiến thứcchuyên ngành

Tiếng Anh

Tin họcchuyên ngành

Kỹ năng mềm

Choose a suitable job

Thiết kế (Designer)Vận hành (Operator)Tư vấn (Consultant)




MỤC ĐÍCH MÔN HỌC

§ Hiểu được vai trò của mô phỏng, một số phần mềmmô phỏng điển hình trong công nghệ Lọc Hóa dầu

§ Cách xây dựng một bài toán mô phỏng§ Nắm rõ được các bước, các tiện ích trong phần

mềm Hysys để thực hiện một số bài toán chuyênngành cụ thể

§ Củng cố lại kiến thức chuyên ngành§ Giúp sinh viên có kĩ năng làm việc độc lập cũng

như theo nhóm




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 + thực hành)- Bài tập thực hành




TÀI LIỆU THAM KHẢO

ü Bài giảng môn Tin ứng dụng (2010) – Đoàn Văn Huấnü Advanced Process Modeling using HYSYS (2008) –

Aspentech Training Manual Workbook ü Process Modeling using HYSYS with Refinery Focus

(2004) – Aspentechü Process Modeling using HYSYS (2004) – Aspentechü Simulation Basis - Aspentechü Dynamic Modeling - AspenTech




NỘI DUNG MÔN HỌCChương 1: Giới thiệu về mô phỏngChương 2: Các phần mềm mô phỏng phổ biếnChương 3: Aspen Hysys3.1. Bắt đầu quá trình mô phỏng với Hysys3.2. Sử dụng các tiện ích trong Hysys3.3. Nhập các thiết bị3.4. Mô phỏng động trong Hysys3.5. In và báo cáo kết quảChương 4: Hướng dẫn thực hành

Chu trình làm lạnh bằng PropanPhân xưởng làm lạnh khíSự đặc trưng dầu mỏLàm ngọt khí chua bằng DEA




Yêu cầu và ý nghĩa của môn học

Nhập các thiết bị trongHysys

Học xong môn thiết bịphản ứng, Thiết bịtrong công nghệ lọcdầu

Tính toán các tínhchất của dòng, trợgiúp cho môn học HóaLý keo, công nghệ chếbiến khí

Sử dụng các tiện íchtrong Hysys

Học xong môn Hóa Lý

Thiết kế, tối ưu, kiểmtra được quá trìnhcông nghệ cần nghiêncứu

- Cách thiết lập mộtquá trình mô phỏng(thu thập tài liệu, lựachọn công nghệ,..)

Học xong Công nghệlọc dầu, hóa dầu, chếbiến khí

Ý nghĩa môn họcNội dung môn họcYêu cầu




Session 1: Giới thiệu về mô phỏng

Quá trình công nghệ bao gồm các yếu tố gì?Mô phỏng là gì?

Mô phỏng là việc phát triển và sử dụng mô hình hóamáy tính để nghiên cứu hệ động học thực

Thiết kế mô phỏng là quá trình thiết kế với sự trợ giúp củamáy tính với các phần mềm chuyên nghiệp.




Giới thiệu về mô phỏng

Có hai loại mô phỏng:l Mô phỏng tĩnh (Steady Mode):

l Thiết kế (Designing) một quá trình công nghệ mới.l Thử lại, kiểm tra lại (Retrofitting) các quá trình đang tồn tại.l Hiệu chỉnh (Troubleshooting) các quá trình đang vận hành.l Tối ưu hóa (Optimizing) các quá trình đang vận hành.

l Mô phỏng động (Dynamic Mode): mô phỏng thiết bị hoặc quytrình đang hoạt động

l Khảo sát sự đáp ứng khi thay đổi các thông số công nghệl Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến hệ thống theo thời gianl 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.




Mục đích của mô phỏngl Để mô hình hóa, dự đoán sự thực hiện của quá trình:l Chia nhỏ quá trình để nghiên cứu riêng lẻl Đặc tính của quá trình (nhiệt độ, áp suất, lưu lượng, thành phần,

kích thước thiết bị,… ) được dự đoán sử dụng công nghệ phântích:§ Mô hình toán§ Tương quan thực nghiệm§ Công cụ (phần mềm) mô phỏngquá trình sử dụng máy tính

l Để dự đoán các thông số quá trình (đặc tính dòng, điều kiệnhoạt động, kích thước thiết bị) phải dựa trên: PT cân bằng vậtchất và năng lượng, cân bằng nhiệt động học, các PT tỷ lệ.




Các bước thiết lập quá trình môphỏng

Module?

PFD? (khác so với BFD nhưthế nào?)

Thành phần

Nhiệt độ

Áp suất

Lưu lượng

……

Thành phần

Nhiệt độ

Áp suất

Lưu lượng

……




PFD for Cyclohexane




BFD for Cyclohexane




Các bước thiết lập mô phỏng

Thu thập số liệu Lập mô hình đầy đủ(PFD/BFD) Rút gọn mô hình

Thiết lập mô hìnhtrên phần mềm

mô phỏng với cácsố liệu dự kiến

Chạy chươngtrình mô phỏngĐánh giá số liệu

Kết luận vàChọn mô hình cuối cùng

OK




Mối liên hệ giữa phần tính toánđầu vào và yêu cầu trong mô phỏng




Ưu điểm của mô phỏng

l - Độ chính xác caol - Thay đổi bộ số liệu đầu vàol - Tối ưu hóa chế độ công nghệ (T, P, …)l - Nhanh chóng, chính xác, dễ kiểm tral - Thân thiện




Learning outcome in Session 1

l Mô phỏng là gì?l Mô phỏng làm gì?l Ưu thế của mô phỏng là gì?l Có những kiểu mô phỏng gì?l Thực hiện mô phỏng trong tính toán thiết kế

công nghệ như thế nào?



Giới thiệu về cácphần mềm mô

phỏng phổ biến



Các phần mềm mô phỏng phổ biến

- 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- Prosim (Labege, France): Prosim Plus- Chemstation (Houston): CHEMCAD - PSE Ltd (London): gPROMS- Winsim (DESIGN II for Windows).- IDEAS Simulation.- Simulator 42.- RSI (France): RSI



Pro/II

Sản phẩm của Hãng Simscil Hình thành năm 1967 l Sử dụng chính thức vào năm 1988. l Phiên bản mới nhất hiện nay là Pro/II 8.4 (tuy

nhiên phiên bản 8.2 được sử dụng rộng rãi hơn cả)



Pro/II

Phạm vi ứng dụngl CN Hoá họcl CN Hoá Dầul CN Chế biến dầu khíl CN Hoá Dượcl CN Polimer



Pro/II

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 đểmô phỏng động



Pro/II

Ứng dụng của Pro/IIl Mô phỏng quá trình công nghệl Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng: l Thay đổi nguồn nguyên liệu, l Điều kiện vận hànhl Tiêu chuẩn kỹ thuật của sản phẩm…

l Mô phỏng thiết kế thiết bịl Cơ sở dữ liệu phong phúl Kiểm tra, tối ưu hoá, cải tiến công nghệ, nâng cao

lợi nhuận của nhà máy



HYSYS

l Hyprotech Hysys (3.2)Aspen Hysys (2006)

l Phạm vi Ứng dụng:• Công nghệ chế biến khí• Công nghệ Lọc dầu• Công nghệ Hóa dầu• Hóa học



ASPEN HYSYS

Ưu điểm của phần mềm Hysys:l Có khả năng tính toán đa dạngl 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 thôngsố trong quá trình thiết kế nhà máy chế biến khí.

l Ngoài thư viện có sẵn, Hysys cho phép người sử dụng tạo các thưviện riêng rất thuận tiện cho việc sử dụng.

l Có khả năng tự động tính toán các thông số còn lại nếu thiết lập đủthông tin -> điểm mạnh

l 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 tốthơn, 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 sótcủa Pro/II, HYSYS có nhiều mô hình thiết bị hơn, khả năng tínhtoán thiết kế cao hơn, kèm theo đó là các mô hình thiết bị điềukhiển như LIC….



ASPEN HYSYS

Hysys được thiết kế sử dụng cho hai trạng thái môphỏng:

l Steady Mode: l Dynamic Mode:

Ưu điểm so với Pro/II cũng nhưvới các phần mềm mô phỏng khác



ASPEN HYSYSHysys bao gồm các ứng dụng sau:l Hysys.Concept: Thiết kế và bảo vệ hệ thống phân tách một cách hiệu quả

nhất.l 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 đểcải tiến quá trình hoạt động và điều khiển nhà máy.

l 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 độtin cậy về hoạt động, an toàn, lợi nhuận cao nhất. Cải tiến các thiết bị có sẵn vàmở rộng quy mô nhà máy hiện hành.

l Hysys.OTS: Những qui trình hướng dẫn hoạt động giúp người vận hành nắmbắt về công nghệ, mức độ an toàn trong hoạt động của nhà máy, làm theonhững qui tắc hướng dẫn về an toàn và vận hành để tăng lợi nhuận.

l Hysys.RTO+: Tối ưu hiệu quả nhà máy, chuyển đổi mô hình sản xuất, sử dụngcông nghệ có sẵn và tăng lợi nhuận trong hoạt động bằng cách cho phép nhữngthay đổi về công nghệ và sản phẩm.

l Economix: Những dữ liệu thu được từ mô phỏng là công cụ cơ bản để dựavào nó mà có những thông tin xác thực nhằm quyết định về vấn đề đầu tư vàxây dựng một cách có hiệu quả nhất.

Ở đây ta chỉ sử dụng Hysys.Plant



DYNSIMl Sản phẩm của Hãng Simscil Dynsim 4.2l Phần mềm mô phỏng động được sử dụng: l Kỹ sư thiết kếl Kỹ sư vận hành

l Phạm vi ứng dụng:l Công nghệ Lọc dầu l Công nghệ Chế biến khíl Công nghệ Hóa dầu l Một số quá trình hóa học khác.

ĐĐặặcc bibiệệtt hihiệệuu ququảả khikhi ttíínhnh totoáánn đưđườờngng ốốngng



Ưu điểm của DYNSIMl Dynsim có một cơ sở dữ liệu rất lớn:

l Các cấu tửl Các mô hình nhiệt động học l Các thiết bị

l Cho phép thực hiện nhiều ứng dụng: l Nghiên cứu thiết kế quá trình l Khảo sát quá trình điều khiển l Huấn luyện vận hành l Phân tích hệ thống l Tối ưu hóa thời gian thực

l Tính năng vượt trội trong việc mô phỏng độngl Tính toán rất nhanh và chính xác trong mô phỏng động. l 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.l Có thể lấy kết quả thiết kế ở trạng thái ổn định trực tiếp từ Pro II của một quá trình có sẵnl Có thể kết nối dữ liệu với các phần mềm khác như Excel, Hysys,...

l Khả năng kết nối dữ liệu thiết kế với Pro II, Hysys, mô phỏng hiệu quả và chính xácl Giá thành phần mềm so với giá của một pilot.




Kế hoạch học Hysys3.1. Thiết lập một quá trình mô phỏng với Hysys

3.1.1. Quá trình mô phỏng tĩnh trong Hysys3.1.2. Quá trình mô phỏng động trong Hysys3.1.3. Báo cáo trong Hysys

3.2. Sử dụng các tiện ích trong Hysys3.2.1. Tính toán Flash3.2.2. Envelope3.2.3. Property Table

3.3. Hướng dẫn thực hànhLàm ngọt khí chua bằng DEAChưng cất dầu thôXử lí nước chuaTách Propylene/PropaneSản xuất EthanolSản xuất khí tổng hợp

G: Gas Processing

R: Refining

P: Petrochemical

C: Chemical




Revise(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 môphỏng 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:

l Mục đích sử dụng công cụ mô phỏng trong trường hợp này đểlàm gì?

l Quá trình mô phỏng sẽ thực hiện những việc gì?l Sự phức tạp có cần thiết không?l Cần thiết phải tìm ra các kết quả nào từ quá trình mô phỏng?



Session 3.1.

Bắt đầu vớiAspen Hysys




Bắt đầu với Hysys

l Lựa chọn cấu tửl Chọn gói chất lưul Thiết lập cấu tử giả (nếu có)l Thiết lập phản ứng (nếu có)

Simulation Basis Manager (thiết lập ban đầucho quá trình mô phỏng)

Simulation Enviroment (vào môi trường mô phỏng)l Đặt các dòng: thành phần, lưu lượng, t, P. Tính

toán các tính chất của dòng (nếu cần)l Đặt các thiết bịl Chạy và in kết quả




Simulation Basis Manager




Lựa chọn cấu tử

Cho phép chúng ta xuất danh sách hợp phần được lựachọn ra một đĩa. Các danh sách hợp phần có thể được lấylại vào các mô phỏng khác bằng việc sử dụng chức năngImport.

Export

Cho phép chúng ta nhập một một danh sách hợp phần đãđược định nghĩa trước đó từ đĩa. Các các danh sách hợpphần là các file có phần mở rộng là “.cml”.

Import

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

Loại bỏ danh sách hợp phần được lựa chọn khỏi môphỏng

Delete

Cho phép chúng ta tạo một danh sách hợp phần.Chú ý: Các danh sách hợp phần có thể được tao thêmthông qua cửa sổ hiện thị tính chất của gói chất lưu

Add

Cho phép chúng ta xem hoặc sửa đổi thông tin trong cửasổ hiển thị tính chất của danh sách hợp phần được lựachọn.

View

Miêu tảNút




Thiết lập hệnhiệt động

Xuất nhập file lưuhệ nhiệt động

HỆ NHIỆT ĐỘNG




HỆ NHIỆT ĐỘNG

l Lựa chọn mô hình nhiệt động phù hợp đóng vai tròquan trọng tới độ chính xác kết quả mô phỏng

l Các thông số xác định từ hệ nhiệt độngv Hằng số cân bằng pha Kv Enthanpie của pha lỏng và pha hơiv Entropy của pha lỏng và pha hơiv Tỷ trọng của pha lỏng và pha hơi




q 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,…

q 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 phápnhiệt động học




Quá trình chế biến khí

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

Xử lý khí tự nhiên có lẫn nước làm việc ở áp suất cao(độ hòa tan của hydrocacbon trong nước sẽ tăng lên)

PRWS, RKSWS, PRMHV2, RKSMHV2, PSRK, SRPOLAR

Quá trình Claus

ELECNRTLHấp thụ khí axit bằng amin (AMISOL) kiềm xodanóng

PRWS, RKSWS, PRMHV2, RKSMHV2, PSRK ,SR-POLAR, PHSCT, SAFT

Hấp thụ khí axit bằng metanol (RECTISOL) NMP (PURISOL)

PRWS, RKSWS, PRMHV2, RKSMHV2, PSRK, SR-POLAR, SAFT

Tách nước bằng Glycol

PR-BM, RKS-BM, PR, SRKTách khí từ không khí bằng làm lạnh sâu

PR-BM, RKS-BM, PR, SRK.Tách các hydrocacbon nhẹ

SRK, PR, (người sử dụng nên đưa vào các thôngsố tương tác để thu được kết quả chính xác hơn)

Với khí chứa ≥5% N2, CO2 và H2S và không có phântử phân cực nào khác

SRK, PR hoặc BWRS Với khí chứa ≤5% N2, CO2 và H2S và không có phântử phân cực nào khác




Quá trình chế biến dầu

GS, SRK, PRHệ thống áp suất cao (tháp chưng cất phân đoạnsản phẩm của phân xưởng cracking, cốc hóa,…) hàm lượng phần nhẹ nói chung lớn

SRK,PR.Khi hàm lượng phần nhẹlớn (nhất là thành phần C1)

BK10 hoặc GS vàcác dạng biến đổicủa nó

Trong nguyên liệu của cáchệ thống này có khoảngtrên 3% thể tích phần nhẹ

Hệ thống áp suấtthấp (tháp chưngcất áp suất khíquyển và chânkhông)




Quá trình hóa dầu

PR-BM, RKS-BMSản xuất khí tổng hợpPR, SRKSản xuất amoniaWILSON, NRTL, UNIQUACSản xuất phenolWILS-HOC, UNIQ-HOCAxit CacboxylicWILSON, NRTL, UNIQUACChưng tách rượu đẳng phí

WILSON, NRTL, UNIQUACAxit TerephthalicPR, SRK, WILSON, NRTLTách ethylbenzen,styrenWILSON, NRTL, UNIQUACCác sản phẩm khác MTBE, ETBE, TAME

GS,SRK,PKP>2 barsIDEALP<2 barsTách BTX

SRKKDỞ áp suất cao

SRK,PKỞ áp suất thấpQuá trình tách cáchydrocacbon nhẹ




Một hợp phần giả địnhcó thể được sử dụngđể tạo mô hình cáccấu tử không có trongthư viện, các hỗn hợpxác định, các hỗn hợpkhông xác định, hay các chất rắn.

Cấu tử giả (Hypothetical)




Structure Builder: Xây dụng cấu trúc•Critical: Nhập thông tin tối thiểu•“Estimate Unknown Props”: Hysys sẽ tự động tínhtoán tất cả các tính chất khác cũng như định nghĩa đầyđủ hợp phần giả định.•“Add Hypo”: Nhập hợp phần giả định vào danh sáchcác 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 mộthợp phần giả định là nhiệt độ sôi ở điều kiệnchuẩn Pt hay là tỷ trọng của chất lưu lý tưởng(chất lưu có dòng chảy lý tưởng) và khối lượngphân tử.

VD: nhiệt độ sôi của C7+ = 1100C




Thiết lập các phản ứng

Thiết lậpphản ứng




CÁC DẠNG PHẢN ỨNG

l Conversion : phản ứng tính toán dựa vào độ chuyểnhóa

l Equilibium: phản ứng tính toán dựa trên hằng sốcân bằng K

l Heterogeneous Catalyticl Kinetic: phản ứng tính toán dựa trên hằng số tốc độ

phản ứngl Simple Rate




Thiết lập phản ứng

Các hệ số tỷ lượngcủa phản ứng




Độ chuyển hóa

Độ chuyển hóa




Thiết lập đơn vị tínhTools/Preferences/Variable tab




Simulation Enviroment

Status Bar Object StatusWindow

Trace Window PerformanceSlider

Object Pallette

Menu Bar Toolbar




Stream

Flow (e): Energy flow kJ/hForm: Power (work) or heat

Flow rates (F): Stream and components (mass, mol, etc.)Composition (x): Components and their mass/mol fractionsPhase (f): Solid, liquid, gas, 2-phase, 3-phase, etc.Temperature (T)Pressure (P)Form (φ): Particle size distribution, shape, etc.

Energy streamsMaterial streams




Stream Có 3 cách để nhập các dòng trong Hysys

Từ mục “Flowsheet” trên thanh menu, lựa chọn “Open Object Palette” hoặc ấn F4 để mở bảng nổi. Nhấpđúp vào biểu tượng dòng

Sử dụng bảng nổi

Mở Workbook di chuyển đến mục “Material Streams”. Nhập tên dòng vào trong ô “New”.

Sử dụng Workbook

• Lựa chọn “Add Stream” từ mục “Flowsheet” trênthanh menu, hoặc

• Ấn vào phím nóng F11

Sử dụng Menu BarCách thực hiệnPhương pháp




Stream Nhập các thành phần của dòngCó hai mục khác nhau để nhập thành phần dòng:

Kích vào nút “Edit”, cửa sổ để nhập thành phần dòng sẽ xuất hiện.Thành phần

•Kích đúp vào ô “Molar Flow” để phần mole.•Hoặc kích đúp vào ô “Mass Flow” để nhập phần khối lượng.Hoặc* Kích đúp vào ô “Std Ideal Liquid Volume Flow” để nhập phần thểtích.

Điều kiện

Thực hiệnMục




Extra – Các phím nóng trong Hysys




Extra – Các phím nóng trong Hysys




Homework

0.0000H2O

0.0252C7+

0.0090C6

0.0130n-C5

0.0120i-C5

0.0180n-C4

0.0150i-C4

0.0455C3

0.0815C2

0.7250C1

0.0151CO2

0.0405H2S

0.0002N2

Phần moleCấu tử

0.0000H2O

0.0000C7+

0.0003C6

0.0021n-C5

0.0036i-C5

0.0085n-C4

0.0115i-C4

0.0710C3

0.1920C2

0.6800C1

0.0048CO2

0.0237H2S

0.025N2


Dùng 3 cách khác nhau để nhập các dòng vật chất sau:Gaswell 1 Gaswell 2

0.0909H2O

0.0090C7+

0.0060C6

0.0037n-C5

0.0038i-C5

0.0075n-C4

0.0041i-C4

0.0145C3

0.2545C2

0.5664C1

0.0205CO2

0.0141H2S

0.0050N2


Gaswell 3



Session 3.2.

Các tiện íchcủa HYSYS




Revise

0.0658C7+

0.0329C6

0.0548n-C5

0.0648i-C5

0.1145n-C4

0.1895i-C4

0.2765C3

0.1288C2

0.0724C1

Phần moleCấu tửNhập các thành phần của dòng

Molar Flow: 100 kgmol/h

Name: Feed

Bốn tham số cần khai báo cho dòng nguyên liệu là:CompositionFlowrateHai trong số các tham số sau:

TemperaturePressureVapor/phase fraction




Tính toán Flashl Tính toán thông số thứ 3:• Nhập thành phần của dòng• Nhập hai trong số các thông số là nhiệt

độ, áp suất hoặc phần hơil Tính toán nhiệt độ hay áp suất điểm

sương (dew point): t, P• Phần hơi (Vapour Fraction) = 1.0• Nhập áp suất hay nhiệt độ của dòngl Để tính toán nhiệt độ điểm bọt hay áp

suất điểm bọt (bubble point)• Phần hơi là 0.0 • Nhập áp suất hay nhiệt độ của dòng

Chú ý màu chữ của các giá trị trong Hysys

Màu xanh: do người nhập,

Màu đen do chương trình tự tính toán,

Màu đỏ: những giá trị do Hysys để mặc định và có thểthay đổi bởi người dùng




Tính toán Flash

l P = 4000 kPa, nhiệt độ điểm bọt (bubble point) = ?l P = 4000 kPa, nhiệt độ điểm sương (dew point) = ?l P = 4000 kPa, T = 1000C, phần hơi (vapour fraction)

= ?

Dùng chuột để resize lại cửa sổ xem tính chất của dòng




Các tiện ích kèm theo

1.Mở cửa sổ hiện thị tính chất dòng.2.Trên mục Attachments, kích vào mục Utilities.3.Kích vào nút “Create”.Cửa sổ hiện thị các tiện ích sẽ xuất hiện.

Từ cửa sổ hiện thịtính chất dòng

•Từ mục Tools trên thanh Menu, lựa chọnUtilitiesHoặc•ấn Ctrl U.Cửa sổ hiển thị các tiện ích sẽ xuất hiện.

Sử dụng thanhMenu

Thực hiệnPhương pháp




Tiện ích EnvelopeMục đích: kiểm tra các mối quan hệ giữa các đại lượng cường độ vàđại lượng khuếch độ (P, V, T, H, S). Tiện ích Envelope có thể đưa rađược đồ thị của các mối quan hệ sau:

Áp suất – nhiệt độ (P-T)Áp suất – thể tích (P-V)Áp suất – Enthalpy (P-H)Áp suất – Entropy (P-S)Nhiệt độ – Thể tích (P-V)Nhiệt độ – Enthalpy (T-H)Nhiệt độ – Entropy (T-S)

Yêu cầu: Để sử dụng được tiện ích này, yêu cầu tối thiểu là phải biếtđược thành phần của dòng, kể cả khi dòng chỉ có một thành phần




Tiện ích Envelope

Cách truy cập vào tiện ích:Utilities (Ctrl+U): Lựa chọn “Envelope”. Kíchvào nút “Add Utility”. Cửa sổ hiển thị tiện íchEnvelope xuất hiện. Chọn dòng Feed trongmục Select StreamMục “Design” sẽ chỉ ra các giá trị tới hạn vàcác giá trị lớn nhất cho envelope.

ØNhiệt độ và áp suất tới hạn Tc, Pc (critical temperature and pressure) cho dòng Feed là bao nhiêu? ØNhiệt độ và áp suất lớn nhất (Cricondentherm and Cricondenbar)cho dòng Feed là bao nhiêu?




Giản đồ P-V cho hệ một cấu tử

Nhiệt độ tới hạn là nhiệt độ màtại đó khi tăng áp suất lên dòngkhí không thể bị hóa lỏng

Tại điểm tới hạn C(Tc, Pc), khí rấtđậm đặc nhưng chưa phải là lỏngMỗi chất có một điểm tới hạn riêng. Từ Tc, Pc ta có thể tính được nhiệt độrút gọn Tr và áp suất rút gọn Pr theocông thức:

C

LVR

C

LVR

PP

P

TT

T

=

=

Với một chất tinh khiết

C: điểm tới hạnT: điểm 3 pha




Giản đồ P-V cho hệ một cấu tử

T = constant

Liqu

id

Liquid & gas

Gas

G (Bubble point): điểm màtại đó lượng khí còn nhưrất nhỏ và bắt đầu chuyểnsang trạng thái lỏngF (Dew point): điểm mà tạiđó lượng lỏng còn như rấtnhỏ và bắt đầu chuyểnsang trạng thái khí




Giản đồ P-V cho hệ hai cấu tử

Khái niệm về điểm tới hạndùng cho hệ một cấu tửkhông áp dụng được vớihệ nhiều cấu tử. Trong hệhai cấu tử, pha lỏng và khícó thể cùng tồn tại tại ápsuất và nhiệt độ trên điểmtới hạn.Với hệ nhiều cấu tử, điểmtới hạn được định nghĩa làđiểm mà tại đó tất cả cáctính chất của lỏng và khí làgiống nhau

Liquid

Gas

Pm

Tm

Pm: cricondenbarTm: cricondentherm




Tiện ích EnvelopeChuyển sang mục“Performance” để hiểnthị envelope.

Kích vào mục “Table” để hiển thịdữ liệu envelope dạng bảng.(Các giá trị dạng số có thể đượccopy từ Hysys sang Microsoft Excel bằng việc sử dụng lệnhcopy, Ctrl C, và sau đó sử dụnglệnh dán, Ctrl V.




l Nhiệt độ điểm bọt (bubble point) ở 4000 kPa?l Nhiệt độ điểm sương (dew point) ở 4000 kPa?l Nhiệt độ của dòng Feed với 50% lượng chất ở pha

hơi (50% quality) ở 5000 kPa?l Nhiệt độ kết tinh nước (hydrate) ở 5000 kPa?

Tiện ích Envelope

Phương pháp nội suy???So sánh kết quả bubble point và dew point vớikết quả đã tính toán ở phần trước




Tiện ích Property TableMục đích: Tiện ích củabảng tính chất là cho phépchúng ta kiểm tra các dảitính chất trên một khoảngđiều kiện theo cả dạng bảngvà dạng đồ thị. Tiện ích nàysẽ tính toán các biến phụthuộc nếu người sử dụngcho biết các khoảng hay cácgiá trị của biến độc lập.




Tiện ích Property Table1. Utilities (Ctrl+U): chọn Property Table>Add2. Kích vào nút “Select Stream” và lựa chọn dòng

Feed>OK3. The first Independent Variable: Pressure

Thay đổi phương thức biến đổi áp suất là “State”, tức là các giá trị đã được cho trước.Trong khung nhập các giá trị 2500, 5000, 7500, và9000 kPa.

4. The second Independent Variable: TemperatureThay đổi biên dưới và biên trên lần lượt là 00C (320F) và 1000C (2120F). Số lượng các điểm tăngmặc định là 10 điểm.

4. Chuyển sang mục “Dep. Prop”>Add và chọn lần lượt các tính chất sau: Mass Density, Thermal Conductivity, Specific Gravity

5. Kích vào nút “Caculate” để tạo ra bảng tính chất.6. Kiểm tra kết quả của bảng tính chất theo cả dạng

đồ thị và dạng bảng trong mục “Performance”.




Phân tích kết quả dòngl Kích đúp vào dòng Feed, kéo bảng rộng ra cho đến khi nhìn được

tất cả các phaCác thông tin chi tiết của dòng có thể thấy ở mục Conditions, Properties

l Mở Workbook bằng biểu tượng có trên thanh Toolbar. RC>SetupMaterial stream>add>Stream

• Rename thành “Other props”• Variable: delete hết các biến mặc định, thêm Cp/Cv, Nhiệt bay hơi

khối lượng (Mass Heat of Vapourization), Enthalpy phân tử gamthể tích (Molar Enthalpy)

• Đóng cửa sổ này khi chúng ta đã hoàn thành và quay trở lạiWorkbook.

• Workbook bây giờ sẽ bao gồm cả mục “Other Prop”. Mục này chỉ ra các giá trị của Cp/Cv, Nhiệt bay hơi khối lượng, vàEnthalpy phân tử gam thể tích.




Cp/Cvl Nhiệt dung riêng (Specific heat)

là lượng nhiệt cần thiết để đunnóng một mol chất lên 1 độNhiệt dung riêng đẳng tích CvNhiệt dung riêng đẳng áp Cp

l Cp/Cv, k, specific heat ratiok = Enthalpy H/Internal energy UEnthalpy H = Cp * TInternal energy U = Cv * TSpecific heat ratio (k) k = Cp/Cv

Specific heat and Gas constant RR = Cp - Cv




Mass Heat of Vapourizationl Nhiệt bay hơi khối lượng (Mass Heat of

Vapourization) là lượng nhiệt cần thiết để chuyểnhóa 1g lỏng thành khí

l VD: Nhiệt bay hơi khối lượng của nước là: 2260J/gl Biết được đại lượng này ta có thể tính toán xem cần

bao nhiêu lượng nhiệt để hóa hơi hoàn toàn mộtkhối lượng nước biết trước




Molar Enthalpy Hm

l Molar Enthalpy là lượng nhiệt chuyển hóa trongphản ứng trên một mol

nCH m =

C: specific heat

AQdU δδ −=

)()( 1122 pVUpVUQ p +−+=

12 HH −=

Nguyên lý 1:

Từ đó suy ra:

U: nội năng của hệQ: nhiệt sinh ra khithực hiện một công AH: thế năng của hệ

H: biến thiênEnthalpy: diễn tả sự biếnthiên thế năng nhiệt độngcủa hệ, thường được dùngđể tính công có ích của một"hệ nhiệt động kín" dưới mộtáp suất không đổi.

∆

U, H: hàm trạng tháiQ, A: hàm quá trình




In dữ liệu của dòngvà của Workbook

Trong Hysys chúng ta có khả năng in các dữ liệu của dòng, các quá trìnhhoạt động, và các Workbook.

l In các dữ liệu trong Workbook1. Mở Workbook2. Kích chuột phải trên thanh tiêu đề của Workbook.3. Lựa chọn “Print Datasheet”. Cửa sổ để ta lựa chọn các khối dữ liệu

cần in sẽ xuất hiện.4. Từ danh sách chúng ta có thể in, hoặc xem trước bản in của bất kỳ

dữ liệu nào.l In một dữ liệu dòng riêng biệt

Để in dữ liệu cho một dòng riêng biệt, chúng ta phải nhấp chuột phảilên thanh tiêu đề của dòng cần in trong Workbook, các bước còn lạithực hiện như đối với việc in Workbook đã trình bày ở trên.




Task 3.2.1

Nhóm: 1,2,3,4,5Đọc và dịch tài liệu 3.2.1. UtilitiesYêu cầu: ở mỗi tính chất cần phải đưa ra đượcđịnh nghĩa, mục đích các thông số mà chươngtrình đưa ra (Wh-question: what, how)

Hạn nộp: 01/09/2010




Learning outcome in session 3.2

l Thành thạo các thao tác thêm dòng, nhậpthành phần của dòng

l Hiểu được cách thêm một Utilities, thực hànhmột số các tiện ích để tính toán tính chất chodòng: phase envelope, table property

l Ôn lại một số kiến thức cơ sở Hóa Lýl Phân tích và lựa chọn in kết quả của dòng và

workbook




Homework

vHãy thực hiện tính toán flash P-T cho dòng GasWell2. Đặt áp suất là 7500 kPavà nhiệt độ là 100C. Phần hơi là bao nhiêu? vThực hiện một tính toán điểm sương cho dòng GasWell2. Đặt áp suất là 7500 kPa. Nhiệt độ điểm sương là bao nhiêu? vThực hiện một tính toán điểm bọt cho dòng GasWell2. Nhập áp suất là 7500 kPa. Nhiệt độ điểm bọt là bao nhiêu? vSử dụng tiện ích Envelope để xác định Tc, Pc, Tr, Pr cho dòng GasWell2. Từ đótính hệ số Z của dòng (hệ số nén dặc trưng cho khí thực). Hiển thị dữ liệu envelope dưới dạng bảng trong Excel.

Tr, Pr (nhiệt độ và áp suất rút gọn, reduced)Tr = T làm việc/TcPr = P làm việc/Pc




HomeworkvSử dụng “Envelope Phase” để tìm các điểm sau:Điểm tới hạn cho GasWell1: Áp suất tới hạn cho GasWell1: Nhiệt độ điểm bọt cho GasWell3 ở 6000 kPa: Nhiệt độ điểm sương cho GasWell1 ở 4000 kPa: Nhiệt độ của GasWell1 với 50% lượng chất ở pha hơi ở 8000 kPa:Nhiệt độ kết tinh nước cho GasWell2 ở 7500 kPavSử dụng Workbook để tìm các giá trị sau:Nhiệt độ điểm bọt cho GasWell3 ở 6000 kPaNhiệt độ điểm sương cho GasWell1 ở 4000 kPaNhiệt độ của GasWell1 với 50% lượng chất ở pha hơi ở 8000 kPavSử dụng tiện ích “Hydrate Formation” để tìm nhiệt độ kết tinh nước cho GasWell1 và GasWell2

22.61077500 (1090)GasWell220.68115000 (725)GasWell223.02927500 (1090)GasWell121.12535000 (725)GasWell1Nhiệt độ kết tinh nướcáp suất, kPa (psia)Dòng



Session 3.3

Aspen Hysys -Unit Operation




Revise

l Cách thiết lập một quá trình mô phỏng?l Tiến hành mô phỏng trên Aspen Hysys• Basis Manager: component, FP, hypothetical,

RXN,..• Simulation Enviroment:

+ Thêm dòng vật chất (tính toán flash, sử dụngutilities, in báo cáo stream và workbook)




Unit operation

PID ControllerSetAdjustRecycleBalanceSpreadsheet

Logical

TankFurnaceFAir Cooler

Reactors (General, CSTR, PFR)Movers (Pump, Compressor, Expander, Valve)MixerSplitter (Tee)Exchangers (Air Cooler, Heater/Cooler, Heat

Exchanger, S&T LNG)Flash Drums (2-phase (VL), 3-phase (VLL))Separators (Component Splitter, Distiller,Absorber, CycloneCyclone, Gas filterfilter, Extractor)Pipe segment

Physical

Unsteady stateSteady state




Sử dụng chuột phải, kéo và thả biểu tượng từ bảng nổivào sơ đồ trên màn hình.

Sử dụng bảng nổikết hợp với sơ đồtrên màn hình

Từ mục FlowSheet trên thanh menu, lựa chọn “Open Object Palette”, hoặc ấn F4. Kích đúp vào biểu tượngcủa thiết bị mà chúng ta muốn nhập.

Sử dụng bảng nổi

Mở Workbook và chuyển đến mục “UnitOps”, sau đókích vào nút “Add UnitOp”.Cửa sổ “UnitOps” sẽ xuất hiện.

Sử dụng Workbook

Từ mục Flowsheet trên thanh menu, lựa chọn “Add Operation”Hoặc ấn F12.Cửa sổ “UnitOps” sẽ xuất hiện.

Sử dụng thanhmenu

Thực hiệnPhương pháp

Cách đưa các thiết bị vàotrong PFD




Cách 2. UnitOps (F12)

Cách 1. Object Palette (F4)

Cách đưa các thiết bị vàotrong PFD




Kết nối dòng với các thiết bịl Open unit operation windowl Choose stream to connect from Inlet and Outlet drop down menusl Some unit operations require energy streams as welll If the name of a stream that does not exist is entered manually, HYSYS

will create that stream




3.3.1. Pumps

l Mục đích: để tăng áp suất của dòng lỏng vào. Tùythuộc vào tham số được khai báo ban đầu sẽ tínhtoán nhiệt độ, áp suất chưa biết, hoặc công suấtcủa bơm

l Mục tiêu:Thiết lập được bơm trong Hysys để mô phỏng cácquá trình bơmKết nối các dòng với thiết bịXác định công suất của bơm và nhiệt độ dòng ra




Pumps - Nguyên lý tính toán

l Các tính toán được dựa trên phương trình chuẩn cho công suất, sử dụng độ tăng áp, tốc độ và cường độ dòng chảy:

Trong đó: Pout = áp suất dòng raPin = áp suất dòng vào bơm

DensityLiquidRateFlowPPquiredPower inout

ideal×−

=)(Re

vCông suất cần thiết thực tế của máy bơm được xác định theohiệu suất bơm:

%100ReRe(%) ×=

actual

idealquiredPowerquiredPowerEfficiency

vKhi hiệu suất nhỏ hơn 100%, năng lượng dư sẽ được dùng để tăngnhiệt độ của dòng ra.




Pumps - Nguyên lý tính toán

vKết hợp những phương trình trên, sẽ được công suất cần thiết thực tếcủa máy bơm:

(%)%100)(Re

EfficiencyDensityLiquidRateFlowPPquiredPower inout

ideal ×××−

=

vNếu như dòng nguyên liệu đã được xác định đầy đủ, chỉ cần cung cấphai trong những biến sau để Pump có thể tính toán tất cả các biến chưabiết:

Áp suất dòng ra hoặc sự giảm áp suấtHiệu suấtNăng lượng bơm




Pumps - DesignPumps can be specified in two ways:◦ If inlet and outlet streams connected to a pump are fully specified, then

nothing needs to be specified in the pump unit operation◦ If outlet pressure is not specified, then a pressure differential across the

pump, or a duty must be specified




Pumps – Example

Dòng Feed:




Pumps – Example

Thiết lập pump với các thông số sau:




Pumps – Example

Kết quả

Chú ý rằng nếu như bạn khôngchọn ô On Pump Switch, trạngthái của dòng Feed sẽ đượcchuyển thẳng sang Outlet.




3.3.2. Compressor/Expanderl Mục đích:• Máy nén (Compressor) là thiết bị dùng để tăng áp suất dòng khí

vào. Phụ thuộc các thông tin được cho trước, máy nén sẽ tínhtoán các tính chất khác của dòng (như áp suất hay nhiệt độ) hoặc hiệu suất nén.

• Tuốc bin giãn nở khí (Expander) là thiết bị được sử dụng để làmgiảm áp của dòng khí vào có áp suất cao để tạo ra dòng ra vớiáp suất thấp và vận tốc nhanh. Quá trình giãn nở bao gồm quátrình chuyển nội năng của khí sang động năng và cuối cùng làsang công có ích.

l Mục tiêu: Sau khi học xong người sử dụng có thể:• Thao tác với Compressor/Expander trong Hysys để mô phỏng

quá trình chế biến khí• Xác định công suất của Compressor/Expander và nhiệt độ đầu

ra của dòng




Compressor/Expander –Nguyên lý

Đối với máy nén, hiệu suất đẳng entropy được tính bằng tỷ số của năng lượng đẳngentropy yêu cầu cho quá trình nén với năng lượng yêu cầu thực tế

Đối với thiết bị Expander, hiệu suất được cho là tỷ số của năng lượng thực tế được tạo ratrong quá trình giãn với năng lượng tạo ra trong một quá trình giãn đẳng entropy

Power Requiredactual = Heat Flowoutlet – Heat Flowinlet

Power Producedactual = Heat Flowoutlet – Heat Flowinlet




Compressor/Expander –Nguyên lý

Hiệu suất




Compressor/Expander –Các hướng giải quyết

Biết Flow rate và efficiencyHYSYS nội suy từ biểu đồ xác lập:

operating speed head

àHYSYS tính toán: outlet pressure outlet temperatureapplied duty

Biết Flow rate và Inlet PressureKhai báo Efficiency and Duty

(Hiệu suất và Năng suất)

à HYSYS sẽ tính toán: Outlet pressureOutlet temperatureOther efficiency

Biết Flow rate và Inlet pressureKhai báo Operating speedHYSYS sử dụng biểu đồ

Xác lập EfficiencyXác lập Head

à HYSYS tính toán: outlet pressure, outlet temperature,applied duty

Biết Flow rate và Inlet PressureKhai báo Outlet PressureKhai báo Adiabatic or Polytropic efficiency

(Hiệu suất của chế độ Đoạn nhiệt hoặc Đa biến)

à HYSYS sẽ tính toán được:Required EnergyOutlet temperatureOther efficiency

Dùng đồ thịKhông dùng đồ thị




l Mục Connection tương tự như với máy pumpl Parameters Page

Compressor/Expander –Design

Nếu không sử dụng các đồ thị, cungcấp bốn trong số các biến số sau, và giá trị thứ 5 sẽ được tính toán, theo công suất:•Nhiệt độ dòng vào•Áp suất dòng vào•Nhiệt độ dòng ra•Áp suất dòng ra•Hiệu suất




l Tab RatingTab Rating bao gồm 4 trang: Đồ thị

(Curves), Giới hạn dòng (Flow Limits), Nozzles, và Inertia.

Curves Page1. Chọn hộp Enable Curves.2. Lựa chọn hiệu suất đoạn nhiệt hay đa

biến, sử dụng phím tương ứng. Đây là cơsở xác định giá trị hiệu suất dòng vào.

3. Bấm vào phím Add Curve để vào giao diệnCurve.

4. Trên giao diện hiển thị Curve, bạn có thểnhập các điểm dữ kiện Flow, Head và%Efficiency, cũng như giá trị Speed chomột đồ thị đơn.

5. Với mỗi đồ thị thêm vào, thao tác lại bước3 và 4. Loại hiệu suất phải thống nhất vớitất cả đồ thị đưa vào.

Compressor/Expander –Design




l Dòng nguyên liệu

Compressor/Expander –Example




l Thiết lập Máy nén


1. Trên trang Parameter, xóa giá trịAdiabatic Efficiency mặc định. Cả hiệusuất đoạn nhiệt và đa biến nên đểtrống để tránh lỗi không đồng nhấthoặc cung cấp thừa đặc tính cho máynén.

2. Vào tab Rating, và mở trang Curves.3. Chắc chắn rằng phím đoạn nhiệt

(Adiabatic) trong nhóm Efficiency đãđược chọn.

4. Chọn hộp Enable Curves, và bấmvào phím Add Curve.

5. Hoàn thành thiết lập đồ thị như tronggiao diện sau.




l Các điều kiện của dòng ra có thể được xem ở tab Performancecủa bảng hiển thị tính chất Compressor và được biểu diễn như ởbảng dưới đây:





3.3.3. Heater and Cooler

l Là thiết bị trao đổi nhiệt một chiều. Dòng vào được làm lạnh hoặcgia nhiệt để đạt được điều kiện yêu cầu dòng ra. Dòng năng lượnghấp thụ (hoặc cung cấp) do chênh lệch Enthalpy giữa hai dòng. Công cụ mô phỏng này hữu ích khi chỉ quan tâm tới dòng nănglượng yêu cầu bao nhiêu để làm lạnh hoặc gia nhiệt dòng quá trình, mà không quan tâm đến điều kiện khác.

Biểu tượng Cooler Biểu tượng Heater




Heater and Cooler –Nguyên lý

l Cooler và Heater sử dụng cùng một phương trình cơ sở. Sựkhác nhau theo quy ước về dấu. Xác định rõ dòng năng lượngtuyệt đối của các dòng và Hysys sẽ thêm các giá trị sau:

- Với Cooler, Enthalpy và dòng nhiệt năng bị trừ từ dòng vào:Heat Flowinlet - Dutycooler = Heat Flowoutlet

- Với Heater, dòng nhiệt năng được cộng vào:Heat Flowinlet + Dutycooler = Heat Flowoutlet




Heater and Cooler –Design

Like pumps, heaters and coolers can be specified in two ways◦ If both the inlet and outlet streams are fully specified, then nothing needs

to be specified in the pump unit operation◦ If the outlet stream is underspecified, then the heater or cooler can be

solved by specifying the pressure differential and/or the duty




Heater and Cooler –Example

Một dòng khí cần làm lạnh từnhiệt độ 60ºF tới –105ºF vớiđộ giảm áp suất 15 psi.

Nitrogen, Carbon Dioxide, C1, C2, C3, i-C4, n-C4, i-C5, n-C5, n-C6, n-C7, n-C8

PengRobinson

ComponentsProperty Package

0.0001n-Octane

0.0001n-Heptane

0.0001n-Hexane

0.0006n-Pentane

0.0010i-Pentane

0.0020n-Butane

0.0026i-Butane

0.0148Propane

0.0496Ethane

0.9122Methane

0.0020CO2

0.0149Nitrogen

Worksheet[Composition]

100.0000 lbmole/hrMolar Flow

600.0000 psiPressure

60.0000 FTemperature Worksheet

[Conditions]




Heater and Cooler –Example

l Kết quả




3.3.4. Shortcut distillation Mục đích: xác định nhanh số đĩa lý thuyết tối ưu ứng với tỷ số hồi

lưu của tháp




0.0936Toluene

0.0255n-Octane

0.028n-Hexane

0.031n-Pentane

0.0072tr2-Butene

0.0061cis2-Butene

0.0032n-Butane

0.129513-Butadiene

0.02351-Butene

0.0489i-Butene

0.0051i-Butane

0.0246Propane

0.5734Propene

0.0002Ethane

0.0002Ethylene

Mole FractionCấu tử(Component)

24000Flowrate (kg/h)24Pressure (bar)

83.3Temperature (oC)

FeedTên dòng(Name)

Dòng nguyên liệu được thêm vào với số liệu sau

Shortcut distillation




Trên Connections page của design tab nhập đầy đủ các thông tin chodòng được kết nối với thiết bị:





Trên Parameters page của design tab nhập đầy đủ các thông số hoạtđộng của tháp:





Sau khi nhập đầy đủ số liệu, Hysys sẽ tính toán, kết quả tính toán đượchiện thị trên Performance tab.





Số liệu khảo sát thể hiện dưới dạng bảng:





Số liệu khảo sát thể hiện dưới dạng đồ thị:





Đồ thị thu được khi xử lý số liệu thu được từ Hysys.


Khao sat so dia ly thuyet toi uu

50556065707580859095

1 1.25 1.5 1.75 2 2.25 2.5 2.75

Rf

N(Rf+1)

+ Chỉ số hồi lưu là 1.75+ Số đĩa lý thuyết tối ưu là 28 đĩa+ Đĩa nạp liệu tối ưu: đĩa số 4




Others Modules

Mixers/Tees Recycle operations Splitters




Task 3.3

Nhóm 1, 2, 3, 4, 5Đọc và dịch tài liệu 3.3.2. HYSYS styrene InductiveHạn nộp: 30/09/2010

Đọc thêm tài liệu SSModel




Learning outcome in Session 3.3

l Thành thạo các thao tác với Hysysl Cách thêm một số các Unit để phục vụ cho

các bài toán (đưa các thông số, kết nối vớidòng,..)

l Hiểu được mục đích, cách thức hoạt độngcủa một số các thiết bị. Ôn lại kiến thức củamôn thiết bị phản ứng và môn Thiết bị trongcông nghệ Lọc dầu



Session 3.1.2ASPEN HYSYS

Quá trình môphỏng động




Xây dựng mô phỏng động trênHysys

Có hai cách để xây dựng mô phỏng động trênHysys:

• Thực hiện chuyển đổi chế độ tĩnh sang chếđộ động với một vài sửa đổi thiết kế quytrình hoạt động và chỉ rõ đặc điểm của dòng

• Xây dựng trực tiếp trong chế độ động(Dynamic mode).




Quá trình chuyển từ trạng thái tĩnhsang trạng thái động

1. Thêm các đơn vị thiết bị.2. Điều chỉnh kích thước của các thiết bị.3. Điều chỉnh áp suất của tháp.4. Các thiết bị toán học (logical operations).5. Thêm các chỉ định áp suất-lưu lượng

(Pressure-Flow Specifications).6. Thực hiện bước chuyển đổi vào môi trường

động.7. Troubleshooting (Việc xử lý sự cố).




Thêm các đơn vị thiết bị

Nhận biết các dòng vật chất không có quan hệ áp suất lưulượng được kết nối tới hai đơn vị hoạt động và lưu lượng củacác dòng này phải được chỉ đỉnh rõ trong mô hình hoá động. Các đơn vị hoạt động bao gồm thiết bị SEPARATOR vàCOLUMN. Khi thêm một đơn vị hoạt động, như VALVES, HEAT EXCHANGERS, hay PUMPS, thì phải xác định quan hệ áp suấtlưu lượng cho các dòng đó. Có thể chỉ định rõ lưu lượng trêndòng đó thay vì sử dụng thiết bị để xác định lưu lượng.




Điều chỉnh kích thước của cácthiết bị

Kích thước của tất cả các đơn vị hoạt động trong quátrình mô phỏng sử dụng trang thiết bị thực tế hay được xác định theo kích thước kỹ thuật. Kích thướccủa đĩa trong tháp có thể hoàn thành bằng cách sửdụng Tray Sizing utility trên Utilities page. Vessels sẽ được thay đổi kích thước để điều tiết lưu lượngthực và áp suất của thiết bị trong khi đang duy trìhoạt động có thể đảm bảo thời gian lưu.




Điều chỉnh kích thước của cácthiết bịNguyên tắc điều chỉnh kích thước của các thiết bị nói chung

(Equipment Sizing).l Vessels (SEPARATORS, CONDENSERS, REBOILERS) phải

được thay đổi kích thước để thời gian lưu lỏng từ 5 - 15 phút. Sự tính toán kích thước và chi phí có thể được thực hiệnbằng cách sử dụng Vessel Sizing utility trên Sizing page củaRating tab.

l Valves được thay đổi kích thước dựa vào đặc tính lưu lượng. Valve sẽ thay đổi kích thước với độ mở của valve là 50% vàtrở lực nằm trong khoảng 15 - 30 kPa.




Điều chỉnh kích thước của cácthiết bịĐiều chỉnh kích thước đĩa của tháp. (Column Tray Sizing).

Tray Sizing có thể được hoàn thành cho tháp tách bằng cáchsử dụng Tray Sizing utility trong Utilities page. Một vài tiện íchsử dụng sẽ bị hạn chế trong mô hình hoá tĩnh. Các đĩa đượcđịnh kích thước tuỳ theo lưu lượng hiện hành và thời gian lưumong muốn trên đĩa.Các thông số quan trọng bao gồm:

l Tray diameter (đường kính đĩa)l Weir length (chiều dài vách ngăn)l Weir height (chiều cao vách ngăn)l Tray spacing (khoảng cách giữa hai đĩa)




Điều chỉnh áp suất của thápl Trong mô hình hoá tĩnh, áp suất của tháp là do người dùng định nghĩa. Trong

mô hình hoá động, nó được tính toán bằng cách sử dụng sự tính toán thuỷđộng lực. Nếu như áp suất ở trạng thái tĩnh là rất khác nhau từ tính toán trở lực, thì sẽ có sự xáo trộn lớn lưu lượng trong tháp khi Integrator chạy. Sự ướclượng hợp lý áp suất của tháp có thể được tính toán bằng cách sử dụng the Tray Sizing utility. Tiện ích này cung cấp một giá trị Max DP/Tray trên Results tab. Áp suất của tháp có thể được tính toán bằng cách sử dụng giá trị này (Max DP/Tray), và sự chỉ định rõ áp suất mong muốn ở bất kỳ nơi đâu trên tháp.

l Chúng ta có thể thay đổi giá trị Max DP/Tray để mà đạt được áp suất mongmuốn qua tháp. Việc này dễ dàng thực hiện bằng cách sửa đổi chiều cao váchngăn (Weir height) trên Ratings tab trong Tray Sizing utility.

l Giảm chiều cao vách ngăn thấp hơn áp suất tĩnh (static head contributions) vàthấp hơn giá trị Max DP/Tray. Trong chế độ động, Nozzle Pressure Flow K-factors (được tìm thấy trên Dynamics tab của khung thuộc tính của Main TS) có thể được điều chỉnh tối ưu trở lực qua tháp.




Các thiết bị toán học (logical operations)

Các thiết bị toán học từ mô hình hoá tĩnh sau được bỏqua trong mô hình hoá động. ADJUST có thể đặt lạibằng PID Controllers. RECYCLE là không cần thiếttrong mô hình hoá động.




Thêm các chỉ định áp suất-lưulượng (Pressure-Flow Specifications)

Chỉ định rõ áp suất lưu lượng cho mỗi dòngcủa sơ đồ công nghệ. Bộ điều khiển đóng vaitrò to lớn đảm bảo tính ổn định cho quá trìnhtính toán pressure-flow.




Thực hiện bước chuyển đổi vàomôi trường động

Click vào nút Dynamic Mode để chuyển từ môhình hoá tĩnh sang mô hình hoá động




Troubleshooting (Việc xử lý sự cố)

l Too many specifications/ Not enough specifications

l Singular Problem (Các vấn đề đáng chú ý)l The Pressure Flow Solver failed to converge




Các chú ý quan trọng khi xâydựng trạng thái động1. Phải đặc biệt chú ý với việc cố định trở lực trong thiết bị. Một vài

chỉ định rõ cố định trở lực trong thiết bị có thể mang lại kết quảkhông hiện thực, như xuất hiện lưu lượng theo chiều tăng ápsuất. Nhớ kiểm tra việc cố định trở lực trong thiết bị đun sôi lại vàthiết bị làm nguội của tháp.

2. Dòng nguyên liệu vào và sản phẩm ra khỏi tầng đĩa sẽ có áp suấtgiống như áp suất ở đĩa đó. Nếu như có sự khác nhau lớn về ápsuất giữa dòng nguyên liệu hay dòng sản phẩm với tầng đĩa vàkết quả là có lượng lớn dòng vật chất di chuyển vào hay ra khỏitháp.

Chạy Integrator sau khi các đơn vị thiết bị đã được thêm vào trongchế độ động. Không giống như môi trường tĩnh, thì dòng rangoài của đơn vị thiết bị trong chế độ động không được tính toáncho đến khi Integrator chạy. Integrator sẽ chạy đủ lâu để đạtđược giá trị phù hợp mới cho dòng ra ngoài của các thiết bị.



Session 3.5

ASPEN HYSYSIn và báo cáo

kết quả




Printing

Object Inspection (kích chuột phải) vào Title Bar đểtruy cập tuỳ chọnin trang tính

Ta có thể in những trang tính được chỉ định cho dòng, thiết bị, các cấu tử, tiện ích Utilities, công cụ phân tích DataBook, Fluid Packages, (dữ liệu dạng bảng) Tabular data, Reactions, Reaction Sets, thuộc tính người dùng (User Properties), thông tin về đặc tínhcủa dầu và PFD. Bạn có thể truy cập printing qua File menu, Object Inspection, hay Reports.




Tuỳ chọn InKhi bạn chọn Print từ File menu, HYSYS in các trang tính chỉ định cho các

đối tượng được chọn.

Đối tượng có trang tính sẽ được in.

Để xem trước sự xuấthiện của trang tínhtrước khi in

In trang tính nhưmột file văn bản.

Các trang tính cho các đối tượng.




Reports Ta có thể in nhiều trang tính cho dòng và thiết bị trên một Report đơn, có thể truy

cập vào Report với phím nóng CTRL R hay nhiều Reports trong Tools trên

Menu Bar.Report hiện hành

Tạo một Report mới và mởReport Builder

Đưa Report đếnmáy in

Xem trước Report

Đưa Report đếnmột file

Mở Report Builder và soạnthảo Report




Xây dựng ReportXây dựng Report là nơi để chọn các trang tính có trong Report,

cũng như tuỳ chỉnh hình thức của Report (Page Setup).

Các trang tính thêm vào đượctrình bày ở đây

Số trang trongReport

Thêm trang tính củadòng và thiết bị vàotrong Report

Bỏ các trang tính từReport




Databookl Ta có thể truy cập vào DataBook bằng cách sử dụng tổ hợp phím CTRL D.

DataBook cung cấp truy cập đến Process Data Tables, Strip Charts, Data Recorder và Case Studies.

Truy cập đến Variable Navigator để thêm các biến

Các biến được sử dụng chotất cả các công cụ phân tíchDataBook đặt ở đây




Strip Charts PageStrip Charts được thiết đặt cụ thể thông qua Strip Charts page.

Mở StripChart đượcchọn

Khung thiết đặtStripChart

Tên của StripChart(lưu lượng và cácbiến chính có thểđược thay đổi

Kích hoạt vào các biếnđược hiện thị trênStripChart




The Strip Chart View

X-Axis luôn là thời gian

Mỗi biến có một trục tỷ lệ Y, và giá trịnhỏ nhất và lớn nhất cho mỗi biến cóthể đặt độc lập

Kích chuột phảivào đồ thị và lựachọn Graph Control để truy cậpvào khung địnhdạng

Có thể đặt Time Span cho đồ thị trêntrang Overall Chart Properties củakhung Setup




Khung hình dạng của Strip Chart

Khung Configuration chứa đựng 3 tabs, mỗi tab sẽ chỉ rõ các bộ phậnxuất hiện của đồ thị. General tab được thể hiện dưới đây.

Để có thể trông thấy trụcđồ thị

Tab này gồm tuỳ chọn định dạngcho curves và axes cho stripchart.

Tuỳ chọn diện mạo đồ thị

Mở khung Logger Setup

Mở DataBook




Process Data TablesProcess Data Tables cho phép xem xét các biến công nghệ chính. Ta có

thể mở khung hình để theo dõi liên tục giá trị của biến.Nhập tên củaProcess Data Table

Khi lựa chọn nút View, Process Data Table sẽđược trình bày.




Data RecorderData Recorder cho phép bạn lưu trữ màn hình đồ họa của quy trình bằng

cách nhóm các biến công nghệ chính vào trong những tình huống(Scenarios) khác nhau.

Lựa chọn nút View đểtrình bày Scenario hoặcTable hay Graph




Case Studies Công cụ Case Study cho phép bạn quan sát cách trả lời của biến công

nghệ trong mô hình hoá tĩnh để thay đổi trong quy trình. Ta có thể chỉrõ phạm vi thấp và cao, cũng như bước nhảy (step sizes); HYSYS thayđổi biến độc lập từng lần một, và mỗi lần thay đổi, biến phụ thuộc đượctính toán và một State mới được xác định.

Truy cập vào khungSetup của Case Studies

Thể hiện Case Studies ở dạng bảng hay đồ thịThay đổi định dạng dữ liệu

dạng bảng và đồ thị




Case Studies ChọnView đểmở Setup view

Kết quảtrình bàytheo bảnghay đồ thị

Số state được tự động cậpnhật khi thêm bound và step size

Bài giảng môn Tin ứng dụng


ASPEN HYSYSChu trình làm

lạnh bằngPropan



11/8/2010 2


Mở đầu

Các hệ thống làm lạnh thường thấy trong côngnghiệp chế biến khí tự nhiên và trong các quá trìnhliên quan đến lọc dầu, hoá dầu và các công nghiệphoá học. Quá trình làm lạnh được sử dụng để làmlạnh khí để đạt được đặc trưng về điểm sương củamột hyđrocacbon và tạo ra sản phẩm lỏng thươngphẩm.

Trong bài tập này chúng ta sẽ xây dựng, chạy, phân tích và thao tác một mô phỏng của chu trìnhlàm lạnh khép kín bằng propan. Chúng ta sẽchuyển mô phỏng đã hoàn thiện sang mộttemplate, làm cho nó có thể kết nối với các môphỏng khác.



11/8/2010 3


Mục đích

Ngay khi chúng ta kết thúc bài tập này, thìchúng ta sẽ có thể:l Nhập và kết nối các quá trình hoạt động để xây

dựng một sơ đồ.l Sử dụng giao diện đồ hoạ để thao tác trên các sơđồ trong Hysys.

l Hiểu một cách tường tận sự truyền thông tin trongHysys.

l Chuyển đổi các mô phỏng sang các template.



11/8/2010 4


Yêu cầu

Trước khi bắt đầu bài tập này, chúng ta cầnphải biết làm thế nào để:

l Định nghĩa một gói chất lưu.l Định nghĩa một dòng.l Thông thạo giao diện của Workbook.



11/8/2010 5


Sơ đồ của quá trình



11/8/2010 6


Định nghĩa cơ sở của môphỏng

C3Components

Peng RobinsonProperty Package

Lựa chọnMục



11/8/2010 7


Định nghĩa các dòng cần thiếtNhập một dòng với các giá trị sau:

C3 – 100%Thànhphần

500C (1200F)Nhiệt độ0.0Phần hơi1Tên

Giá trịMục

Nhập một dòng thứ hai với các tính chất sau:

-200C (-40F)

Nhiệt độ1.0Phần hơi3TênGiá trịMục

Áp suất của dòng 1 là bao nhiêu: ???



11/8/2010 8


Nhập các thiết bị cho một sơ đồ

Chu trình làm lạnh bằng propan bao gồm 4 thiết bị chính:

l Vanl Thiết bị làm lạnhl Máy nénl Thiết bị ngưng tụ

Các cách nhập thiết bị trong Hysys ???



11/8/2010 9


Nhập van J-T1. Nhấn F12, cửa sổ “UnitOps” sẽ

xuất hiện.2. Trong mục “Categories” chọn

“Piping Equipment”, sau đó chọnValve trong mục “Available Unit Operations”.

3. Kích vào nút Add, cửa sổ hiển thịcác tính chất của van sẽ xuấthiện.

4. Trong mục “Connections” nhậpdòng vào và dòng ra như chỉ ra ởdưới:

Inlet: 1Outlet: 2



11/8/2010 10


Nhập một thiết bị làm lạnh1. Mở Workbook và kích vào mục

“Unit Ops”.2. Kích vào nút “Add UnitOp”. Cửa

sổ “UnitOps” sẽ xuất hiện.3. Lựa chọn “Heat Transfer

Equipment” từ mục “Categories”.4. Lựa chọn “Heater” trong mục

“Available Unit Operations” nhưchỉ ra ở dưới.

5. Kích vào nút Add, hoặc kích đúpvào “Heater”. Cửa sổ hiển thịcác đặc tính của thiết bị gia nhiệtsẽ xuất hiện.

6. Từ mục “Connection”, nhập cácthông tin như chỉ ra ở dưới.

7. Chuyển sang mục “Parameters”.8. Nhập giá trị Delta P là 7.0 kPa (1

psi) và giá trị công suất của thiếtbị làm lạnh này là 1.00e+06 kJ/h

Name: E-100Inlet: 2Energy: Chili-QOutlet: 3



11/8/2010 11


l Lưu lượng mole của propan là bao nhiêu? l Độ giảm áp qua van J-T là bao nhiêu? l Nhiệt độ của dòng ra khỏi van (dòng 2) là

bao nhiêu?

Nhập một thiết bị làm lạnh



11/8/2010 12


Nhập một máy nén1. Nhấn F4 để mở bảng nổi.2. Kích đúp vào biểu tượng

máy nén trên bảng nổi. Cửasổ hiện thị đặc tính của máynén sẽ xuất hiện.

3. Trong mục “Connections”, nhập các thông tin cho dòngnhư sau:

4. Nhập các thông tin cho mục“Parameters” như sau:

Name: CompressorInlet: 3Energy: Comp HPOutlet: 4Adiabatic Efficiency (hiệu suất đoạn nhiệt): 75



11/8/2010 13


Nhập thiết bị ngưng tụSử dụng kéo thả trên bảng nổi1. Kích vào biểu tượng “Cooler” trên bảng nổi.2. Di chuyển con trỏ sang màn hình đồ hoạ. Con trỏ sẽ biến thành một

con trỏ đặc biệt, với một hộp và một dấu “+” gắn vào nó. Hộp chỉ vị trívà kích thước của biểu tượng của thiết bị làm mát.

3. Kích lại để thả thiết bị làm mát lên trên màn hình đồ hoạ.



11/8/2010 14


Nhập thiết bị ngưng tụKết nối thiết bị với một

dòng trên màn hìnhđồ hoạ:

1. Nhấn và giữ phím Ctrl, dichuyển con trỏ lên trên thiết bị.

2. Đặt con trỏ lên trên dòng màchúng ta muốn kết nối

3. Nhấn và giữ chuột trái.4. Di chuyển con trỏ đến biểu

tượng của thiết bị sau đó thảchuột và phím Ctrl.

Sử dụngphím Ctrl

1. Nhấn vào nút “Attach Mode”trên thanh công cụ.

2. Đặt con trỏ lên trên thiết bị. Điểm để kết nối dòng nguyênliệu sẽ có màu xanh tối.

3. Di chuyển con trỏ lên trên dòngmà chúng ta muốn kết nối.

4. Nhấn và giữ chuột trái.5. Di chuyển con trỏ đến biểu

tượng của thiết bị và thả chuột.

Sử dụngchứcnăng“Attach Mode”

Thực hiệnPhươngpháp

4. Từ màn hình đồ hoạ, kết nốidòng 4 với dòng vào thiết bịngưng tụ và kết nối dòng ra khỏithiết bị ngưng tụ với dòng 1.

5. Kích đúp lên thiết bị ngưng tụ.6. Trong mục “Parameters”, nhập

Delta P là 35 kPa (5 psi).



11/8/2010 15


Lưu mô phỏng vào một templateMột số lợi ích của việc sử dụng template là:l Cung cấp một kỹ thuật cho phép hai hoặc nhiều dự án có thể liên

kết với nhau.l Dùng một gói tính chất khác cho dự án chính mà nó muốn nhập

vào.l Cung cấp một phương pháp thích hợp để cắt các dự án mô

phỏng lớn thành các thành phần nhỏ hơn, dễ quản ly hơn.l Được tạo ngay lập tức và có thể được cài đặt trong nhiều dự án.



11/8/2010 16


Lưu mô phỏng vào một templateTrước khi chúng ta chuyển dự án này sang một template, nó cần được làm cho có những đặc điểm chung để có thể được sử dụng cho các phân xưởng khí có lưu lượng dòng khác nhau. Trong mô phỏng này, công suất của thiết bị làm lạnh chỉ ra lưu lượng dòng propan yêu cầu.

1. Xoá giá trị công suất của thiết bị làm lạnh

2. Từ mục “Simulation” trên thanh menu, lựa chọn “Main Properties”. Cửa sổ hiện thị dự án mô phỏng sẽxuất hiện như chỉ ra ở dưới.

3. Kích vào nút “Convert to Template”4. Kích vào Yes để chuyển dự án mô

phỏng sang một template.5. Trả lời No cho câu hỏi “Do you want

to save the simulation case”.6. Chuyển sang mục “File” trên thanh

menu và lưu template bằng tênC3loop.tpl.



11/8/2010 17


Phân tích kết quả

Trong Hysys chúng ta có thể in kết quả qua:l Thanh menul Chức năng kiểm tra các đối tượngl Chức năng quản lý các báo cáo



11/8/2010 18


In sử dụng thanh menuChọn một trong số các tuỳ chọn sau trong mục “File” trên thanh

menu:l “Print”. Danh sách các ô dữ liệu có hiệu lực của các thiết bị đang

được kích hoạt. Chúng ta có thể di chuyển hộp sáng đến một ô dữ liệu và có thể in hay xem trước bản in.

l “Print Window Snapshot”. In một ảnh của cửa sổ Hysys đanghoạt động.

(Nếu chọn lệnh “Print” khi màn hình đồ hoạ đang được kích hoạt thìsẽ in màn hình đồ hoạ, không có ô dữ liệu nào có hiệu lực trênmàn hình đồ hoạ)



11/8/2010 19


In sử dụng chức năng kiểm tra đốitượng

Sử dụng chức năng kiểm tra đối tượng và từthanh tiêu đề của các đối tượng lựa chọn“Print Datasheet”. Một danh sách các khối dữliệu có hiệu lực được hiển thị cho đối tượngnày.



11/8/2010 20


In sử dụng chức năng quản lý báocáo1. Mở mục “Tools” trên thanh menu. Chọn “Reports”. 2. Kích vào nút “Create” để nhập một báo cáo mới. 3. Kích vào nút “Insert Datasheets” để nhập các ô dữ liệu cho báo cáo

của chúng ta. Chúng ta có thể nhập các ô dữ liệu của một hay nhiều thiết bị cho một báo cáo.



11/8/2010 21


Task 1 - Thiết kế và đánh giá1. Trong phân xưởng, chúng ta có thể đo hoặc tính chính xác công suất

làm lạnh. Tuy nhiên chúng ta biết rằng máy nén được coi như có côngsuất 250 hp và nó đang hoạt động ở 90% công suất tối đa và hiệu suấtlà 72%.Công suất của thiết bị làm lạnh là bao nhiêu?

2. Thiết bị đo dòng khí lạnh ra khỏi thiết bị làm lạnh cho ta lưu lượng vàchúng ta có thể xác định công suất làm lạnh. Người ta quyết định tăngcông suất làm lạnh lên 1.5 MMBtu/hr. Với máy nén đang chạy ở côngsuất như vậy (250 sức ngựa), nhiệt độ ra khỏi thiết bị làm lạnhđể có thể đạt được công suất làm lạnh tối đa là bao nhiêu?(chính là chế độ làm lạnh tối đa của quá trình) trong khi vẫn chạy máynén ở chế độ hoạt động vừa phải.



11/8/2010 22


Task 2 - Thành phần chất làmlạnh

Propan sử dụng cho phân xưởng làm lạnh thực chất là một hỗn hợp gồm 95% propan và 5% ethane.

Điều gì sẽ xảy ra nếu thành phần mới này được nạp vào thay cho phần cũ(100%C3)?

So sánh với một số chỉ tiêu sau:

230.983218.521Q nén, hp

16200001587000Q ngưng tụ, kJ/h

111107.9Lưu lượng, kgmol/h

Trường hợp: 5%C2, 95%C3Trường hợp: 100%C3



ASPEN HYSYSPhân xưởnglàm lạnh khí



11/8/2010 2“We learn …10% of what we read; 20% of what we hear; 30% of what we see; 50% of what we see and hear;

70% of what we discuss; 80% of what we experience; 95% of what we teach others”

Mở đầu

Trong mô phỏng này, một bản dịch đã được đơn giảnhoá của một phân xưởng làm lạnh khí sẽ được môhình hoá. Mục đích là để tìm LTS (nhiệt độ phântách cuối) nhiệt độ mà ở đó đạt được điểmsương của hyđrocacbon. Khí thương phẩm cónhiệt độ điểm sương của các hyđrocacbon khôngnên vượt quá -150C ở 6000kPa. Khí đầu vào đượclàm lạnh qua hai giai đoạn - đầu tiên được trao đổinhiệt với khí thương phẩm (sản phẩm) trong mộtthiết bị trao đổi nhiệt khí – khí (Khí – Khí), và sauđó trong thiết bị làm lạnh bằng Propan, mà ở đâyđược miêu tả bằng một thiết bị làm lạnh. Một thiếtbị cân bằng sẽ được sử dụng để ước lượng điểmsương của hydrocacbon của dòng sản phẩm ở6000kPa.





Mục đích

Ngay khi chúng ta hoàn thành phần này, chúngta có thể:

l Cài đặt và hội tụ các thiết bị trao đổi nhiệtl Hiểu các thiết bị điều khiển (cân bằng và

hiệu chỉnh)l Sử dụng công cụ “Case Study” để thực hiện

các nghiên cứu trên mô phỏng của chúng ta.





Yêu cầu

Trước khi bắt đầu phần này chúng ta cần phảibiết làm thế nào để:

l Tạo một gói chất lưul Nhập các dòngl Nhập các thiết bị





Sơ đồ của quá trình





Định nghĩa cơ sở của mô phỏng

Sử dụng phương trình động học PengRobinson EOS với các thành phần như sau: N2, H2S, CO2, C1, C2, C3, i-C4, n-C4, i-C5, n-C5, C6, C7+, và H2O.





Nhập một dòng nguyên liệu

1440 kgmole/h (3175 lbmole/hr)

Lưu lượng

6200 kPa (900 psia)

áp suất150C (600F)Nhiệt độTo RefrigTênNhậpMục

0H2O0.0001C7+0.0006C60.0027n-C50.0028i-C50.0101n-C40.0068i-C40.0413C30.1709C20.7575C10.0003CO2

0.0003H2S0.0066N2

Thành phần phần mole





Nhập một thiết bị phân tách (bìnhtách)

Trong mục “Connections”, thêm một bình tách và nhập các thông tin sau:

Inlet Sep LiqLiquid OutletInlet Sep VapVapour OutletTo RefrigFeedInlet Gas SepTên

NhậpMục





Nhập một thiết bị trao đổi nhiệtThiết bị trao đổi nhiệt thực hiện tính toán theo hai hướng cân bằng năng

lượng và cân bằng vật chất. Thiết bị trao đổi nhiệt có thể giải cho cácnhiệt độ, áp suất, các dòng nhiệt (bao gồm sự mất nhiệt và sự thấtthoát nhiệt), các lưu lượng dòng vật chất, và UA.

1. Kích đúp vào nút“Heat Exchanger”trên bảng nổi

2. Trong mục“Connections”, nhậpcác thông tin sau





3. Chuyển sang mục “Parameters”. Hoàn thành mục này như chỉ ratrong hình dưới. Các độ giảm áp ở trong và bên ngoài ống sẽ lần lượtlà 5 psi và 1 psi.

Nhập một thiết bị trao đổinhiệt





Các kiểu thiết bị trao đổi nhiệtCác kiểu thiết bị trao đổi nhiệt được định nghĩa như sau:l Weighted. Các đường cong nhiệt được cắt thành các khoảng, mà ở đó

năng lượng trao đổi là riêng lẻ. Một LMTD và UA (kết quả hay tích củahệ số trao đổi nhiệt toàn phần và tổng diện tích trao đổi nhiệt) đượctính cho mỗi khoảng trong đường con nhiệt và được cộng lại để tínhtrao đổi nhiệt toàn bộ UA. Phương pháp “Weighted” chỉ có giá trị chocác thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ngược dòng (Counter-Current).

l EndPoint. Một LMTD và UA riêng được tính từ các điều kiện đầu vàovà đầu ra. Với các vấn đề đơn giản ở đó không có sự chuyển pha vàCp gần là hằng số, thì lựa chọn này có thể đúng.





Các đặc trưng cho thiết bị trao đổinhiệt

Hai đặc trưng cần cho thiết bị trao đổi nhiệt này là:l Cân bằng nhiệt k = 0. Đây là một đặc trưng sai số công suất (Duty

Error) và nó cần thiết để chắc chắn rằng các phương trình nhiệt cânbằng. Đây là một đặc trưng mặc định, nó luôn luôn được nhập bởiHysys nên chúng ta không cần phải nhập nó.

l Độ lệch tối thiểu = 50C. Đây là chênh lệch nhiệt độ nhỏ nhất giữa dòngnóng và dòng lạnh.

(Chúng ta có thể có nhiều đặc trưng được ước đoán. Thiết bị trao đổi nhiệtsẽ chỉ sử dụng các đặc trưng kích hoạt cho sự hội tụ.)





4. Chuyển sang mục “Specs”5. Kích hoạt lại đặc trưng UA:

chuyển sang mục “Specs”, chọnvào ô kích hoạt.

6. Để nhập một đặc trưng, kích vàonút “Add”, cửa sổ “ExchSpec” xuấthiện.

7. Cung cấp các thông tin sau:

Nhập một thiết bị trao đổinhiệt

50C (410F)Spec ValueOverallPassMin AprroachTypeTemp ApproachName

NhậpMục





Lưu lượng dòng khí vào thiết bị làm lạnh là baonhiêu?





Hoàn thành mô phỏngNhập một thiết bị làm mát và cung cấp các thông tin sau:

35 kPa (5 psia)Pressure DropParameters

Chiller QEnergy StreamGas to LTSProduct StreamGas to ChillerFeed StreamChillerName

Connections

NhậpMục





Hoàn thành mô phỏng

Nhập một thiết bị tách (bình tách) và cung cấp các thông tin sau trong mục Connections:

LTS LiqLiquid OutletLTS VapVapour OutletGas to LTSFeed StreamLTSName

NhậpMục





Nhập thiết bị cân bằngThiết bị cân bằng để đạt được mục đích chung là tạo điều kiện dễ

dàng để tính toán cân bằng nhiệt và cân bằng vật chất. Có cáccân bằng khác nhau có giá trị trong Hysys.

l Mole. Một cân bằng toàn phần được thực hiện ở đó chỉ có lưulượng mole của mỗi thành phần là được duy trì. Các dòng ra sẽcó lưu lượng mole và thành phần giống như dòng vào, nhưng sẽkhông chứa các giá trị phần hơi, nhiệt độ, hoặc áp suất.

l Mass. Một cân bằng toàn phần được thực hiện ở đó chỉ có lưulượng theo khối lượng là được duy trì. Dòng ra sẽ không cóthành phần, phần hơi, nhiệt độ, hoặc áp suất.

l Heat. Một cân bằng toàn phần được thực hiện ở đó chỉ có dòngnhiệt là được duy trì.

l Mole and Heat. Một cân bằng toàn phần được thực hiện ở đódòng nhiệt và lưu lượng mole được duy trì.





Nhập thiết bị cân bằngHãy xem các thông số của khí thương phẩm. Các thông số dòng

được tính toán để không chúng ta không thể ép dòng để tínhtoán một nhiệt độ điểm sương ở 6000 kPa. Việc nhập một cânbằng mole cho phép chúng ta tạo một dòng thứ hai với lưulượng mole và thành phần giống như khí thương phẩm nhưngkhông có phần hơi, nhiệt độ, hoặc áp suất.





Nhập thiết bị cân bằng

1.Kích đúp vào biểu tượng “Balance” trên bảng nổi2.Nhập các thông tin sau trong mục “Connections”

MoleBalance type (trong mụcParameters)

HC DewpointOutlet StreamSales GasInlet Stream

NhậpMục

3. Định rõ áp suất 6000 kPa (870 psia) cho dòng “HC Dewpoint”.4. Định phần hơi để tính toán nhiệt độ điểm sương.





l Nhiệt độ điểm sương là bao nhiêu? l Điểm sương yêu cầu là -150C, điểm sương

hiện tại cao hơn hay thấp hơn? l Giả sử rằng áp suất cố định, thông số nào

khác ảnh hưởng đến điểm sương? l Chúng ta có thể thay đổi điểm sương trong

mô phỏng như thế nào?





Nhập thiết bị điều chỉnh

Mục đíchl Thiết bị điều chỉnh là một quá trình hoạt động

theo logic; một quá trình toán học đúng hơn là một quá trình vật lý. Nó sẽ thay đổi giá trịcủa một biến dòng (biến độc lập) để đạt được một giá trị hay một đặc trưng yêu cầu (biến phụ thuộc) trong dòng hay thiết bị khác.





1. Kích đúp vào biểu tượng “Adjust” trên bảng nổi2. Kích vào nút “Select Var…” trong nhóm “Adjusted Variable”. Cửa sổ

“Variable Navigator” xuất hiện.3. Từ danh sách các đối tượng, lựa chọn Gas to LTS. Từ danh sách các

biến, lựa chọn nhiệt độ.4. Kích vào nút OK để chấp nhận biến và quay lại cửa sổ “Adjust

property”.5. Kích vào nút “Select Var…” trong nhóm “Targer Variable”6. Lựa chọn nhiệt độ của dòng “HC dewpoint” là biến đích.7. Nhập giá trị -150C (50F) trong hộp “Specified Target Value”8. Mục “Connections” sau khi hoàn thành có dạng như sau:

Adjust name: ADJ-1Specified Target Value: -15.00 C

9. Chuyển sang mục “Parameters”, và bỏ các giá trị mặc định của cácthông số.

10. Kích vào nút “Start” để bắt đầu tính toán.






11. Để hiển thị quá trình điều chỉnh, di chuyển đến mục “Monitor”






Nhiệt độ dòng ra khỏi thiết bị làm lạnh là baonhiêu để đạt được điểm sương mong muốn?





bằng Propan với phân xưởngkhí

Ngay khi chúng ta hoàn thành ví dụ về phânxưởng làm lạnh khí, chúng ta có thể liên kếtnó với template của chu trình làm lạnh bằngPropan.

Công suất của thiết bị làm lạnh trong phânxưởng khí sẽ được liên kết với công suất củathiết bị làm lạnh trong template của chu trìnhlàm lạnh bằng Propan.





1. Mở dự án mô phỏng phânxưởng làm lạnh khí màchúng ta đã lưu vào và kíchđúp vào biểu tượng “Sub-FlowSheet” trên bảng nổi.

2. Kích vào nút “Read an existing template”

3. Mở file template đã ghi vàotrong bài tập trước, C3loop.tpl

4. Trong nhóm “Inlet Connections to Sub-FlowSheet”, liên kết dòngngoài, Chiller Q với dòngtrong, Chill-Q

Ngay khi kết nối hoàn thành, cảhai dòng (trong và ngoài) sẽcó tên giống nhau (tên củadòng ngoài).

Liên kết chu trình làm lạnhbằng Propan với phân xưởngkhí





Lưu lượng dòng propan trong chu trình làmlạnh bằng propan là bao nhiêu?





Task 1: Biến đổi thiết bị trao đổinhiệt

l UA cho thiết bị trao đổi nhiệt chỉ có hiệu lực ở giá trị2e5 kJ/0C.h. Hãy làm các thay đổi cần thiết đối vớithiết kế của thiết bị trao đổi nhiệt này để đạt đượcUA mong muốn đó.

l Điều này làm ảnh hưởng thế nào đến LMTD và độlệch tối thiểu của nhiệt độ?

Documents

Huong Dan Hysys_KS Dao Van Huan BKSG