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)
Mixer
Splitter (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
Tank
FurnaceF
Air Cooler
Logical Set
Adjust
Recycle
Balance
Spreadsheet
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 suất
Hiệu suất
Năng 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 - Design
Pumps 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 lýHiệu 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 Page
1. 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 Inductive
Hạn 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