Session 3.3

Aspen Hysys -Unit Operation

“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”

Revise

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

hypothetical, RXN,..• Simulation Enviroment:

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

“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”

Unit operation

Steady state Unsteady state

Physical 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

TankFurnaceFAir Cooler

Logical SetAdjustRecycleBalanceSpreadsheet

PID Controller

“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”

Phương pháp Thực hiện

Sử dụng thanh menu

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

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

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

Sử dụng bảng nổi kết hợp với sơ đồ trên màn hình

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

Cách đưa các thiết bị vào trong PFD

“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”

Cách 2. UnitOps (F12)

Cách 1. Object Palette (F4)

Cách đưa các thiết bị vào trong PFD

“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”

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

will create that stream

“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”

3.3.1. Pumps

Mục đích: để tăng áp suất của dòng lỏng vào. Tùy thuộc vào tham số được khai báo ban đầu sẽ tính toán nhiệt độ, áp suất chưa biết, hoặc công suất của bơm

Mục tiêu:

Thiết lập được bơm trong Hysys để mô phỏng các quá trình bơm

Kết nối các dòng với thiết bị

Xác định công suất của bơm và nhiệt độ dòng ra

“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”

Pumps - Nguyên lý tính toán

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 ra

Pin = áp suất dòng vào bơm

DensityLiquid

RateFlowPPquiredPower inout

ideal

)(

Re

Công suất cần thiết thực tế của máy bơm được xác định theo hiệu suất bơm:

%100Re

Re(%)

actual

ideal

quiredPower

quiredPowerEfficiency

Khi hiệu suất nhỏ hơn 100%, năng lượng dư sẽ được dùng để tăng nhiệt độ của dòng ra.

“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”

Pumps - Nguyên lý tính toán

Kết hợp những phương trình trên, sẽ được công suất cần thiết thực tế của máy bơm:

(%)

%100)(Re

EfficiencyDensityLiquid

RateFlowPPquiredPower inout

ideal

Nếu như dòng nguyên liệu đã được xác định đầy đủ, chỉ cần cung cấp hai trong những biến sau để Pump có thể tính toán tất cả các biến chưa biết:

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

“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”

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

“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”

Pumps – Example

Dòng Feed:

“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”

Pumps – Example

Thiết lập pump với các thông số sau:

“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”

Pumps – Example

Kết quả

Chú ý rằng nếu như bạn không chọn ô On Pump Switch, trạng thái của dòng Feed sẽ được chuyển thẳng sang Outlet.

“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”

3.3.2. Compressor/Expander

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 tính toán 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 làm giảm áp của dòng khí vào có áp suất cao để tạo ra dòng ra với áp suất thấp và vận tốc nhanh. Quá trình giãn nở bao gồm quá trình chuyển nội năng của khí sang động năng và cuối cùng là sang công có ích.

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

“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”

Compressor/Expander – Nguyên lý

Đối với máy nén, hiệu suất đẳng entropy được tính bằng tỷ số của năng lượng đẳng entropy 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 ra trong 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

“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”

Compressor/Expander – Nguyên lý

Hiệu suất

“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”

Compressor/Expander – Các hướng giải quyết

Không dùng đồ thị Dùng đồ thị

Biết Flow rate và Inlet Pressure

Khai báo Outlet Pressure

Khai báo Adiabatic or Polytropic efficiency

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

HYSYS sẽ tính toán được:Required Energy

Outlet temperature

Other efficiency

Biết Flow rate và Inlet pressure

Khai báo Operating speed

HYSYS sử dụng biểu đồ Xác lập Efficiency

Xác lập Head

HYSYS tính toán: outlet pressure,

outlet temperature,

applied duty

Biết Flow rate và Inlet Pressure

Khai báo Efficiency and Duty

(Hiệu suất và Năng suất)

HYSYS sẽ tính toán: Outlet pressure

Outlet temperature

Other efficiency

Biết Flow rate và efficiency

HYSYS nội suy từ biểu đồ xác lập: operating speed

head

HYSYS tính toán: outlet pressure

outlet temperature

applied duty

“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”

Mục Connection tương tự như với máy pump Parameters Page

Compressor/Expander – Design

Nếu không sử dụng các đồ thị, cung cấp 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

“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”

Tab Rating Tab 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 cơ sở xác định giá trị hiệu suất dòng vào.

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

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

5. Với mỗi đồ thị thêm vào, thao tác lại bước 3 và 4. Loại hiệu suất phải thống nhất với tất cả đồ thị đưa vào.

Compressor/Expander – Design

“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”

Dòng nguyên liệu

Compressor/Expander – Example

“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”

Thiết lập Máy nén

Compressor/Expander – Example

1. Trên trang Parameter, xóa giá trị Adiabatic Efficiency mặc định. Cả hiệu suất đoạn nhiệt và đa biến nên để trống để tránh lỗi không đồng nhất hoặc cung cấp thừa đặc tính cho máy nén.

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

(Adiabatic) trong nhóm Efficiency đã được chọn.

4. Chọn hộp Enable Curves, và bấm vào phím Add Curve.

5. Hoàn thành thiết lập đồ thị như trong giao diện sau.

“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”

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

Compressor/Expander – Example

“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”

3.3.3. Heater and Cooler

Là thiết bị trao đổi nhiệt một chiều. Dòng vào được làm lạnh hoặc gia nhiệt để đạt được điều kiện yêu cầu dòng ra. Dòng năng lượng hấp thụ (hoặc cung cấp) do chênh lệch Enthalpy giữa hai dòng. Công cụ mô phỏng này hữu ích khi chỉ quan tâm tới dòng năng lượng 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

“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”

Heater and Cooler – Nguyên lý

Cooler và Heater sử dụng cùng một phương trình cơ sở. Sự khác nhau theo quy ước về dấu. Xác định rõ dòng năng lượng tuyệt 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

“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”

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

“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”

Heater and Cooler – Example

Một dòng khí cần làm lạnh từ nhiệt độ 60ºF tới –105ºF với độ giảm áp suất 15 psi.

Property Package

Components

Peng Robinson

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

Worksheet[Conditions]

Temperature 60.0000 F

Pressure 600.0000 psi

Molar Flow 100.0000 lbmole/hr

Worksheet[Composition]

Nitrogen 0.0149

CO2 0.0020

Methane 0.9122

Ethane 0.0496

Propane 0.0148

i-Butane 0.0026

n-Butane 0.0020

i-Pentane 0.0010

n-Pentane 0.0006

n-Hexane 0.0001

n-Heptane 0.0001

n-Octane 0.0001

“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”

Heater and Cooler – Example

Kết quả

“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”

3.3.4. Shortcut distillation

Mục đích: xác định nhanh số đĩa lý thuyết tối ưu ứng với tỷ số hồi lưu của tháp

“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”

Cấu tử (Component)

Mole Fraction

Ethylene 0.0002

Ethane 0.0002

Propene 0.5734

Propane 0.0246

i-Butane 0.0051

i-Butene 0.0489

1-Butene 0.0235

13-Butadiene 0.1295

n-Butane 0.0032

cis2-Butene 0.0061

tr2-Butene 0.0072

n-Pentane 0.031

n-Hexane 0.028

n-Octane 0.0255

Toluene 0.0936

Tên dòng (Name)

Feed

Temperature (oC)

83.3

Pressure (bar) 24

Flowrate (kg/h) 24000

Dòng nguyên liệu được thêm vào với số liệu sau

Shortcut distillation

“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”

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

Shortcut distillation

“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”

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

Shortcut distillation

“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”

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

Shortcut distillation

“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”

Số liệu khảo sát thể hiện dưới dạng bảng:

Shortcut distillation

“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”

Số liệu khảo sát thể hiện dưới dạng đồ thị:

Shortcut distillation

“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”

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

Shortcut distillation

Khao sat so dia ly thuyet toi uu

50

55

60

65

70

75

80

85

90

95

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

“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”

Others Modules

Mixers/Tees Recycle operations Splitters

“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”

Task 3.3

Nhóm Đọc và dịch tài liệu 3.3.2. HYSYS styrene InductiveHạn nộp:

Đọc thêm tài liệu SSModel

“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”

Learning outcome in Session 3.3

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

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

Hiểu được mục đích, cách thức hoạt động của một số các thiết bị. Ôn lại kiến thức của môn thiết bị phản ứng và môn Thiết bị trong công nghệ Lọc dầu