Plug Flow Reactor, Conversion Reactor, Case Study, Calculator, Optimizer. Thuyết trình đề tài: Thiết bị phản ứng dạng ống. Môn: Mô Phỏng và Tối Ưu. Khoa Kỹ thuật Hóa học. Trường Đại học Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh
MỤC LỤC A - TỔNG QUAN VỀ PRO/II I - - Giới Thiệu Phần Mềm Pro/II Pro/II sản phẩmđầu tiên SIMSCI, công ty dẫn đầu lĩnh vực mô công nghệ từ năm 1967, kết lần nâng cấp từ chương trình năm 1967 đến năm 1988 thức đời với tên gọi Pro/II Hiện cóphiên 9.3/2014 Pro/II vận hành theo modul liên tiếp thiết bị tính riêng lẻ tính cho thiết bị Phần mềm Pro/II phần mềm mô trợ giúp kĩ sư công nghệ hóa, dầu khí, polimer Pro/II công cụ tính toán dễ dàng cân vật chất lượng nhằm mô quy trình trạng thái ổn định; theo dõi, tối ưu hóa, cải thiện suất… - - II Pro/II có kèm kho liệu phong phú, phương pháp dự đoán thuộc tính nhiệt động tiên tiến nhiều ứng dụng tiện ích vừa giúp cho người dùng dễ sử dụng, giúp họ hiểu chất trình từ để từ đưa đánh giá hợp lý, biện pháp khắc phục phù hợp Phần mềm Pro/II sử dụng nhằm mục đích chính: Thiết kế phân xưởng Mô phân xưởng xây dựng thực tế để nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến vận hành bước sử dụng phần mềm Rro/II Vẽ sơ đồ quy trình sản xuất: Tuỳ theo trình mô mà chọn loại thiết bị phù hợp PFD Định rõ thành phần: Chọn “Component Selection” Khai báo cấu tử: kích “Select from lists…”→ Chọn cấu tử cần→ chọn “Add component” sau “OK” Lựa chọn phương thức tính toán nhiệt động: Kích , sau chọn gói nhiệt động phù hợp→“Add” sau “OK” Định rõ dòng nhập liệu: Nhấn đúp chuột vào dòng để khai báo thông tin dòng Cung cấp điều kiện cho quy trình: Chạy mô phỏng: Nhấp nút để chạy mô Nếu sơ đồ chuyển sang màu xanh Xem kết quả: Nếu muốn suất kêt thiết bị bấm vào thiết bị bấm vào biểu tượng Nếu không vào “options” chọn “Property List to be used→ chọn “Available Streams” nhấp chọn dòng muốn xem →OK III Sơ đồ quy trình dùng phần mềm PRO/II IV Nhập liệu chọn thuật toán Nhập liệu: - Khi nhập liệu cần ý đến tính hợp lý thông số công nghệ so với thực tế.Chương trình muốn hội tụ thông số phải tương ứng hài hoà với Một thông số không hợp lý làm trình tính toán không hội tụ khó biết nguyên nhân - Quá trình nhập liệu cần nhập phần giá trị cần thiết, thông số lại tính toán chạy chương trình - Thông số chia làm loại: • Thông số không đổi: thông số giữ cố định suốt trình tính toán áp suất, nhiệt độ, lưu lượng dòng trích ngang… • Thông số ước lượng : thông số phải khai báo không cần khai báo tuỳ ý Đối với thông số này, tính toán xem giá trị đầu thuật toán lặp( kết tính toán khác so với giá trị ước lượng ban đầu Tuy nhiên kết ước lượng phải gần kề với giá trị kết chương trình hội tụ) • Thông số không cung cấp: thông số không cần nhập, phần mềm qui định • Nhập đủ liệu vào, ô thông số chuyển từ màu đỏ sang xanh, bắt đầu chạy chương trình Chọn thuật toán: - - - Trong trình lặp, PRO II cần giá trị ban đầu thông số, từ PRO II tự động ước lượng công cụ IEG dựa thông số cung cấp IEG sử dụng hai thuật toán lặp I/O Chemdist PRO/II Khi mô trính chưng cất dầu mỏ I/O thường sử dụng giải nhanh phù hợp cho hệ Hydrocacbon Phương pháp tính lặp I/O (inside/outside): chia công việc tính toán thành hai vòng lặp, vòng lặp nội vòng lặp ngoại.Vòng lặp nội PRO/II( dùng phương pháp tính gần đúng) giải phương trình cột chưng cất: phương trình cân vật chất, cân nhiệt điều kiện biên Sau vòng lặp nội hội tụ PRO/II chuyển sang tính vòng lặp ngoại dựa kết vòng lặp nội thành phần, nhiệt độ.Việc tính toán phương trình nhiệt động chiếm tới khoảng 80% thời gian tính toán phương trình phức tạp thành phần áp suất Lưu đồ tính toán phương pháp I/O Khi chạy mô chương trình không hội tụ, nguyên nhân dẫn đến điều này: • • Thông số đầu vào không xác, kiện bị thiếu chặc chẽ Do mô hình không hợp lý • Do thông số mặc định cho phần mềm không thích hợp: trình hội tụ không đủ số vòng lặp nên đáp số, cần phải tăng thêm số vòng lặp tối đa cho phép giảm hệ số “damping” • Sai số khắc khe, khó đạt … V - - VI Kiểm tra độ tin cậy kết Khi phân tích kết thấy mô hình tính toán phù hợp quy trình thực tế kiểm tra độ tin cậy kết tính toán cách sau: • Thay đổi tính toán tính chất (phải phù hợp với hệ mô phỏng) • Thay đổi cấu tử giả dòng nhập liệu • Khi tăng số cấu tử giả mà kết tính toán chênh lệch không đáng kể phải lấy kết xác Nói chung, bước kiểm tra độ tin cậy không thiết phải thực mối nghi ngờ Một số công cụ hỗ trợ Calculator Optimizer Case study… B – CÁC THIẾT BỊ VÀ CÔNG CỤ ĐƯỢC SỬ DỤNG I - - Plug Flow Reactor Thiết bị lưu lượng dạng ống mô hình lý tưởng thiết bị dạng ống.Trong hỗn hợp nguyên liệu vào CSRT reator trôn lẫn tứ thì, nguyên tố cho vào thiết bị lưu lượng dạng ống coi chưa trộn lẫn dòng.Cho đến nguyên tố trãi qua khoảng thời gian reacter,PFR thiết bị thuận lợi máy hoạt động theo mẻ Giản đồ hoạt động PFR biểu diễn tức thời, dòng lưu chất vào PFR cho không trộn lẫn theo phương dòng chảy PFR Operation Modes PRO II cho phép phép tính PFR: • Đoạn nhiệt có hay nhiệt lượng thêm vào lấy • Nhiệt với nhiệt độ áp suất mô tả • Cùng dòng, khác dòng (nhiệt độ dòng cung cấp) - Nhiệt hoạt động mặc định - Có phương pháp kết hợp số PRO II Phương pháp Runge-Kutta phương pháp mặc định, ưu tiên nhất.Khi vector Gradient biến đổi cách rõ ràng mà không mong đợi thiết bị.Phương pháp Gear với nhũng bước kích thước ưu tiên Với phản ứng tỏa nhiệt, hòa tan hợp lệ (chuyển đổi thấp chuyển đổi cao) có thể.PFR PROII không trang bị để tìm dấu vết nhiệt nóng nhiệt độ cháy Người dùng điều khiển cho thiết bị phản ứng khác dòng nhiệt độ sản phẩm cho thiết bị nhiệt tự động cho chuyển đổi thấp chuyển đổi cao - II Convertion Reactor Conversion Reactor thiết bị chuyển đổi đơn giản Nó không cần thông tin động lực hay thông số tính toán thiết bị biết trước Độ chuyển hóa phần tử định trước Những chuyển đổi đặc trưng hàm nhiệt độ sau: X = A + B.T + C.T2 Trong đó: T nhiệt độ C0, C1, C2 số - - - III Bộ phận chuyển đổi (fractional conversion) dựa số lượng thành phần dòng nhập liệu vào thiết bị hợp phần tham gia phản ứng đặc trưng Khái niệm khuôn mẫu thích hợp cho chuyển đổi có tính chất đặc trưng chuỗi phản ứng song song, nhận định gần thích hợp cho chuỗi phản ứng nối tiếp PRO/II chọn chuyển đổi dựa dòng vào chuẩn chuyển đổi mặc định cho phản ứng đơn giản, song song chuỗi phản ứng song song Chuyển đổi dựa phản ứng chuyển đổi mặc định cho chuỗi phản ứng Nếu nhận định rõ ràng qui trình (nhập liệu phản ứng) chọn từ khóa CBASIS sử dụng Trong số trường hợp giá trị phân đoạn chuyển đổi nhập vào với câu lệnh CONVERSION CBASIS đươc hiểu mặc định Thiết bị phản ứng hoạt động đoạn nhiệt nhiệt độ cụ thể, hệ đoạn nhiệt nhiệt độ cụ thể Với thiết bị đoạn nhiệt, liệu nhiệt độ phản ứng phải cho trước tra sổ tay Giới hạn nhiệt độ rõ Với thiết bị phản ứng đẳng nhiệt kiện nhiệt độ phản ứng tùy chọn Nếu nhiệt độ cung cấp phải tính toán nhiệt tải Calculator Tổng quan: - Calculator module linh hoạt, nhiều tiện ích sử dụng thường xuyên trình mô quy trình công nghệ - Các thông số cho trình tính toán lấy từ quy trình việc tính toán sử dụng ngôn ngữ FORTRAN - Tính Calculator: Tính toán tính chất dòng đặc biệt Mô số thiết bị bình phản ứng Xác định điều kiện vận hành Kết tính toán từ số liệu quy trình công nghệ Tính toán chi phí lợi nhuận kinh tế Phục vụ cho công cụ Controller hàm mục tiêu công cụ Flowsheet optimizers Calculator setup Truy xuất thông số thiết bị dòng từ sơ đồ quy trình; gán số; thiết lập chuỗi cho dòng dòng vào; xác định kích thước mảng chế độ làm việc mở rộng muốn Calculator procedure Đây phần bắt buộc việc lập trình cho Calculator Thể phép tính viết theo ngôn ngữ FORTRAN, cho phép thực chức tính toán, mở rộng hay tính lặp Một số hàm truy xuất thành phần tính chất dòng từ sơ đồ quy trình Các chương trình đặc biệt giúp ta tính kết trực tiếp từ dòng lưu chất Một số điểm lưu ý: 10 22 23 Chạy mô phỏng: 24 25 Sử dụng Case Study Khảo sát ảnh hưởng lưu lượng dòng sản phẩm S6 thành phần etyl clorua dòng sau thiết bị chuyển hóa S3 26 Xem đồ thị kết khảo sát Case study 27 28 Sử dụng công cụ Optimizer 29 - Sau chạy mô ta kết quả: 30 Sử dụng công cụ Calculator Tính toán chi phí lợi nhuận 31 32 33 34 - Sau chạy mô ta kết quả: D - TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Tập giảng ứng dụng tin học công nghệ hóa học, Nguyễn Đình Thọ [2] Kĩ thuật phản ứng, Vũ Bá Minh, ĐH Bách Khoa TpHCM [3] Pro/II documentation 35 36 [...]... 11 II Mô phỏng trong Pro/II: 1 Vẽ sơ đồ thiết bị 2 Khai báo cấu tử và gói nhiệt động 12 3 Thiết lập các phản ứng 13 14 15 4 Nhập các thông số dòng nhập liệu 16 17 18 19 20 5 Nhập các thông số cho thiết bị 21 22 23 6 Chạy mô phỏng: 24 25 7 Sử dụng Case Study Khảo sát ảnh hưởng của lưu lượng dòng sản phẩm S6 đối với thành phần của etyl clorua trong dòng sau thiết bị chuyển hóa S3 26 Xem đồ thị kết quả... năng suất… C - VÍ DỤ I Đặt vấn đề Phản ứng tổng hợp etyl clorua từ axetilen GĐ1 : C2H2+H2 -> C2H4 GĐ 2: C2H4+HCL -> C2H5Cl Cho dòng nhập liêu - S8: axetilen 85 kmol /h, 50oC 1atm - S9: Hidro 50 kmol/h, 25oC,1atm - S1: HCl 50kmol/h ,N2 2 kmol/h, 25oC, 1atm Thực hiện qua các thiết bị dạng ống và thiêt bị chuyển hóa,tách và trộn - PFR: Dài 20 ft, đường kính 11.94 inch, gồm 4 ống, nhiệt độ đầu ra 40oC - Conversion... kết quả: 30 9 Sử dụng công cụ Calculator Tính toán chi phí và lợi nhuận 31 32 33 34 - Sau đó chạy mô phỏng ta được kết quả: D - TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Tập bài giảng ứng dụng tin học trong công nghệ hóa học, Nguyễn Đình Thọ [2] Kĩ thuật phản ứng, Vũ Bá Minh, ĐH Bách Khoa TpHCM [3] Pro/II documentation 35 36