Đang tải... (xem toàn văn)
Computer Aided Chemical Engineering Computer Aided Chemical Engineering An Introduction to Process Simulation C1 Moâ phoûng coâng ngheä quaù trình nhôø maùy tính Muïc luïc 1 Moâ phoûng coâng ngheä qua[.]
Computer-Aided Chemical Engineering An Introduction to Process Simulation C1 Moâ công nghệ trình nhờ máy tính Mục lục Mô công nghệ trình nhờ máy tính Lịch sử phát triển Cách tiếp cận toán mô 3.1 Định nghóa 3.2 Nhập liệu 3.3 Thực mô 3.4 Kết mô Phân tích Cấu trúc phần mềm tính toán sơ đồ 4.1 Chiến lược tính toán 4.2 Cách tiếp cận mô đun 4.3 Cách tiếp cận định hướng phương trình 4.4 Cách tiếp cận mô đun đồng thời Các hệ tích hợp (Aspen Technology; Hyprotech; Simulation Sciences) Chọn lựa phần mềm mô (Phân tích chức năng; Phân tích quan điểm khoa học máy tính; Phân tích thương mại) Tóm tắt Mô công nghệ trình nhờ máy Mô hoạt động bảntính Công nghệ trình Định nghóa sau nêu đặc điểm chủ yếu (Thomé, 1993): Mô trình thiết kế mô hình vận hành hệ thống tiến hành thử nghiệm với mô hình nhằm mục đích để hiểu biết cách hoạt động hệ thống để đánh giá chiến lược khác việc xây dựng hay vận hành hệ thống Phải tái tạo khía cạnh chọn cách hoạt động hệ thống mô hình đến độ xác chấp nhận Mô hàm ý mô hình hoá, điều chỉnh mô hình theo liệu thử nghiệm Một mô hình mô phục vụ cho việc tiến hành “các thử nghiệm ảo” Hầu trông thấy đa số trường hợp, kết hợp công nghệ phần mềm, mô hình hoá đặc điểm chủ yếu mô Điều quan trọng cần nhớ mô thể gần thực, với độ xác định, thân thực Đó lý người sử dụng phải có khả đánh giá độ tin cậy kết phần mềm mô đưa Mô công nghệ trình đòi hỏi kiến thức khoa học cụ thể mô tả xác tính chất vật lý cấu tử tinh khiết hỗn hợp phức tạp, mô hình nhiều thiết bị phản ứng thiết bị công nghệ hoá học khác nhau, kỹ thuật số để giải hệ phương trình đại số vi phân có kích thước lớn Mô công nghệ trình nhờ máy tính Hoạt động mô công nghệ trình tính toán sơ đồ flowsheeting Theo định nghóa trước (Westerberg et al., 1979) flowsheeting sử dụng công cụ máy tính để thực tính toán cân nhiệt cân vật chất, định kích thước thiết bị chi phí trình công nghệ hoá học trạng thái ổn định Xét đến phát triển thập kỷ vừa qua, ta phát biểu định nghóa mở rộng là: Flowsheeting mô tả cách hệ thống dòng vật chất dòng lượng phân xưởng trình nhờ mô máy tính với mục đích thiết kế phân xưởng hay cải thiện hoạt động phân xưởng hữu Flowsheeting sử dụng công cụ trợ giúp để thực chiến lược kiểm soát/điều khiển toàn phân xưởng, quản lý công tác vận hành phân xưởng Mô công nghệ trình nhờ máy tính H 1: Mô hình Công nghệ trình: Mô hoạt động trung tâm công tác Nghiên cứu & phát triển, Thiết kế Vận hành Mô công nghệ trình nhờ máy tính Bảng 1: Các ứng dụng mô ngành công nghiệp trình công nghệ hoá học (CNHH) Công nghiệp trình CNHH Các ứng dụng Dầu khí Thăm dò khơi, Xử lý bề mặt, Vận chuyển đường ống, Lưu trữ ngầm, Xử lý khí Lọc dầu Dầu hoả nhiên liệu Hoá dầu Hoá chất có gốc Hydrocarbon, Methanol, Monomers Hoá chất hữu cơ Hoá chất trung gian, dung môi, thuốc tẩy, thuốc nhuộm Hoá chất vô Ammonia, Sulphuric Acid, Phân bón Fine Chemicals Dược, Mỹ phẩm Công nghệ sinh học Sản phẩm thực phẩm sinh học Luyện kim Thép, Nhôm, Đồng, v.v… Polymers Polyethylene, PVC, Polystyrene, sợi, v.v… Giấy & gỗ Bột giấy Năng lượng Nhà máy điện, Khí hoá than đá Công nghiệp hạt nhân Xử lý chất thải, An toàn Môi trường Làm sạch, Biomass valorisation (sinh khối) H 2: Ứng dụng mô hình mô phân xưởng trạng thái ổn định không ổn định Lịch sử phát triển Mô trình 1966, Simulation Science, công ty cỡ nhỏ Los Angeles/USA, có ý tưởng thương mại hoá phần mềm máy tính tiêu biểu chung để mô tháp chưng cất Đây phần yếu phần mềm tính toán flowsheeting, PROCESS (tiền thân phần mềm PRO II, Simulation Science), phần mềm coi thuỷ tổ phần mềm mô trình Ba năm sau, ChemShare (Houston/USA) cho DESIGN (được tiếp nối phần mềm DESIGN II WINSIM), chương trình flowsheeting có lực ứng dụng dầu & khí Ở thời điểm này, việc mở rộng ngành công nghiệp lọc dầu hoá dầu thúc đẩy xuất phần mềm mày tính liên quan Cuộc khủng hoảng dầu mỏ vào 1973 kích thích mạnh mẽ mối quan tâm vào việc mô trình với nguyên liệu thay thế, than vật liệu sinh khối biomass Vào 1976, Bộ Năng lượng Hoa Kỳ Đại học MIT khởi động dự án ASPEN (được tiếp nối phần mềm ASPEN PLUS, ASPEN Tech) Sự xuất hệ thống tính toán tốc độ cao đẩy mạnh công kinh doanh công ty nhỏ chuyên biệt mô hình hoá mô Một cách tổng quát hơn, công tác tính toán khoa học kỹ thuật tiến hoá từ chương trình đơn lẻ đến phần mềm cỡ lớn thiết kế sản phẩm công nghiệp Lịch sử phát triển Máy tính cá nhân xuất vào năm 1982 Mặc dù lực PC yếu việc tính toán flowsheeting, ý tưởng công cụ ‘cá nhân’ đủ mạnh để kích thích người có nhiệt tình (phát triển phần mềm ChemCAD, ChemStations phần mềm Hysys, Hyprotech) Thử thách việc rời khỏi môi trường elitist máy tính lớn khởi động Vào đầu thập kỷ 90, thống trị sản phẩm PC tạo nên kiện Sự ổn định tương đối hệ điều hành, ngày bị chi phối hệ UNIX Windows, cho phép phát triển hệ phần mềm mô Giao diện người-máy đồ hoạ Graphical User Interface (GUI) trở thành phần chủ yếu việc phát triển phần mềm Năng lực siêu máy tính thời xưa có máy tính để bàn (desktops) Cách tiếp cận toán mô Hình 3: Các mức độ phương pháp luận mô trạng thái ổn ñònh 10