Đang tải... (xem toàn văn)
I. Giới thiệu phần mềm Pro II PROII là phần mềm của công ty SIMSCI, dẫn đầu trong lĩnh vực mô phỏng công nghệ từ năm 1967. Công ty SIMSCI là thành viên của Intelligent Automation Division, thuộc công ty Invensys (website: http:www.simsciesscor.com ), hoạt động trong lĩnh vực điều khiển tự động, cung cấp các phần mềm ứng dụng trong công nghệ lọc hoá dầu, thực phẩm, năng lượng,… Phần mềm PROII là phần mềm mô phỏng trợ giúp các kỹ sư công nghệ hoá học, dầu khí, Polimer…Từ việc tách ra dầu và khí đến những quy trình chưng cất, PROII kết hợp những tài nguyên dữ liệu của thư¬ viện thành phần hóa học rộng lớn và ph¬ương pháp dự đoán thuộc tính nhiệt động tiên tiến nhất. PROII là công cụ tính toán dễ dàng các cân bằng vật chất và năng lượng, nhằm mô phỏng quy trình ở trạng thái ổn định; theo dõi, tối ưu hóa, cải thiện năng suất… Có thể vào trang chủ PROII để biết chi tiết về phần mềm,cách dùng và nhiều hổ trợ khác, có thể đăng kí mua bản PROII.
Mục Lục A TỔNG QUAN VỀ PRO II I Giới thiệu phần mềm Pro II PRO/II phần mềm công ty SIMSCI, dẫn đầu lĩnh vực mô công nghệ từ năm 1967 Công ty SIMSCI thành viên Intelligent Automation Division, thuộc công ty Invensys (website: http://www.simsci-esscor.com ), hoạt động lĩnh vực điều khiển tự động, cung cấp phần mềm ứng dụng công nghệ lọc hoá dầu, thực phẩm, lượng, … Phần mềm PRO/II phần mềm mô trợ giúp kỹ sư công nghệ hoá học, dầu khí, Polimer…Từ việc tách dầu khí đến quy trình chưng cất, PRO/II kết hợp tài nguyên liệu thư viện thành phần hóa học rộng lớn phương pháp dự đoán thuộc tính nhiệt động tiên tiến 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… Có thể vào trang chủ PRO/II để biết chi tiết phần mềm,cách dùng nhiều hổ trợ khác, đăng kí mua PRO/II II Các bước sử dụng phần mềm Sự mô kết tới Desktop thực qua bước: 1 Vẽ sơ đồ quy trình sản xuất: Lựa chọn hoạt động đơn vị thích hợp từ PRO/II từ biểu tượng thích hợp, trỏ vào nút biểu tượng, kích chuột, thả đơn vị phạm vi hoạt động cách kích lần Xác định rõ dòng cách chọn nút STREAM, kích chuột cho đầu vào đơn vị công nghệ Định rõ thành phần: Kích nút biểu tượng thành phần để vào danh sách tất thành phần trình Chọn từ 1,700 thành phần đuợc xây dựng sở liệu SIMSCI cách đánh vào tên thành phần lựa chọn từ danh sách đuợc xác định trước Lựa chọn phương thức Tính toán nhiệt động Kích nút sơ đồ pha để chọn phương thức nhiệt động từ danh sách phương thức thường sử dụng, khái quát hóa, phương trình trạng thái, phương thức chất lỏng hoạt động, gói liệu đặc biệt Định rõ dòng nhập liệu: Nhấn đúp vào dòng nhập liệu để cung cấp liệu dòng ( lưu luợng chảy, thành phần, nhiệt độ, áp suất ) Cung cấp điều kiện cho Quy trình Nhấn đúp vào biểu tượng đơn vị hoạt động sơ đồ qui trình sản xuất , cung cấp liệu ( vùng liệu đuợc phác thảo màu đỏ) Khi nhập liệu trình, vùng liệu thay đổi màu từ đỏ đến xanh Chạy mô Một lần bạn cung cấp tất liệu đuợc yêu cầu không nhìn thấy vùng đỏ, bạn sẵn sàng để chạy mô Xem kết quả: Sau chạy xong trình mô phỏng, bạn xem lại kết xếp thành bảng sử dụng báo cáo để in mặc định trực tiếp Excel III Sơ đồ quy trình dùng phần mềm PRO II Lựa chọn mô hình nhiệt động Nhập liệu ban đầu Hội tụ Phân tích kết Kết Không hội tụ Không phù hợp Có Phù hợp B CHI TIẾT CÁC THIẾT BỊ I Calculator Giới thiệu: 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 Tiện ích Calculator phụ thuộc nhiều vào người sử dụng Calculator gồm phần : Setup Procedure a) 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 - Hình 1: cửa sổ làm việc calculator Nhấn vào Edit/View Declarations cửa sổ Calculator để mở View Area Hình - - - - - - b) Click vào nút bấm Parameters… để nhập thông số từ sơ đồ quy trình cho Calculator Những thông số truy cập vào Calculator procedure phần tử ma trận P Click vào nút bấm Constants… để nhập số sử dụng trình tính toán Những số truy cập vào Calculator procedure phần tử ma trận C Tuy số nhập trực tiếp trình viết code phần procedure, ma trận C giúp ta tập hợp tất số để thay đổi cần Click vào nút bấm Results… để nhập tên cho kết tính toán Những giá trị truy cập vào Calculator procedure phần tử ma trận R dùng báo cáo kết đầu Click vào nút bấm Arrays… để khai báo độ lớn cho ma trận sử dụng Calculator, bao gồm ma trận P, C, R khai báo trước ma trận IS dùng việc sử dụng giữ biến dòng lưu chất Click vào nút bấm Stream Sequence… để thiết lập trật tự cho dòng Bảng có chức : kết nối thông tin dòng chảy procedure dòng sơ đồ quy trình ; kiểm soát vòng lặp trình thực thủ tục Khi hoàn thành việc khai báo Setup, click Hide Declarations để đóng cửa sổ View Area Procedure : 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 Kết từ Calculator sử dụng cho việc vận hành thiết bị khác quy trình II Optimizer Công cụ Flowsheet Optimizer tiến hành việc cực đại hay cực tiểu hàm mục tiêu cách thay đổi hay nhiều biến sơ đồ quy trình công nghệ đến đạt yêu cầu (hội tụ) Ta chọn lựa nhiều ràng buộc cho giá trị cực đại hay cực tiểu Hàm mục tiêu tiêu chuẩn vận hành để thu lượng sản phẩm lớn hay tổn thất nhất, tiêu chuẩn kinh tế lợi nhuận cực đại hay chi phí thấp Để tối ưu mục tiêu kinh tế, ta phải bổ sung thêm công cụ Calculator sơ đồ quy trình để tính lợi nhuận hay tổn thất, sau sử dụng công cụ Optimizer để cực tiểu hay cực đại kết từ Calculator (hàm mục tiêu) Hình * Hàm mục tiêu : Ta tiến hành việc xác định hàm mục tiêu cực tiểu hay cực đại cửa sổ Optimizer Nhập hàm mục tiêu cách nhấp vào chữ Parameter gạch để mở cửa sổ Parameter Hàm mục tiêu tham số sơ đồ quy trình biển thức toán học liên qua đến tham số khác sơ đồ quy trình * Biến số : Biến số trình nhập vào cách click vào chữ Variables Trong cửa sổ Parameter, xác định thông số thay đổi, tương tự việc xác định hàm mục tiêu Đối với biến số cho dòng hay thiết bị, ta phải nhập vào giá trị cực tiểu cực đại Hình * Kích thước bước tiến giới hạn : Click vào default step sizes cửa sổ Optimizer để mở cửa sổ Variable Step Sizes Ở đây, step sizes (kích thước bước tiến) mặc định 1.0, (giá trị mặc định thay đổi), ta nhập vào kích thước bước tương đối hay tuyệt đối cho bước tính lặp * Specifications nhập thêm vào để làm biến điều khiển Click vào Specifications… cửa sổ Optimizer để mở cửa sổ Specifications Check vào Use Specifications để nhập tham số cho SPECification SPECification tham số quy trình biểu thức toán học liên quan đến tham số khác Kế tiếp, ta nhập giá trị sai số cho trình tính Hình * Constraints (ràng buộc) : giới hạn biến số phạm vi sử dụng Click vào Constraints… cửa sổ Optimizer để mở cửa sổ Constraints Check vào Use Specifications để nhập tham số cho CONStraint Trong cửa sổ Parameter cho phép ta xác định dòng hay thiết bị dùng cho ràng buộc, tương tự Specifications Hình * Các chọn lựa khác : Có nhiều chọn lựa cho việc thiết lập công cụ Optimizer cách click vào Options… cửa sổ Optimizer - Số vòng lặp : Số vòng lặp mặc định Pro/II 18 cộng với số biến Tuy nhiên ta thay đổi số vòng lặp theo ý muốn cách check vào Specified Number nhập số vòng lặp - Scaling of Optimization Variables : Theo mặc định, công cụ Optimizer tính theo phương pháp hội tụ Các mức thay đổ cách check vào Use Scaling cửa sổ Options để bỏ chọn Khi giá trị mặc định cho kích thước bước tiến cửa sổ Variable Step Sizes tăng từ 2% lên 5% - Sai số chung cho biến số (Overall Error in any Variable): Giá trị sai số ngầm định cho biến 10 -7 Ta thay đổi muốn cách nhập vào ô tương ứng - Thay đổi tương đối nhỏ (Minimum Relative Change in Objective Function) Giá trị mặc định 0.005 Ta thay đổi cách nhập vào ô tương ứng cửa sổ Options * Advanced Options : Click vào Advanced Options… để thêm vào chọn lựa cho công cụ Optimizer, điều không cần thiết người chưa có kin nghiệm sử dụng Pro/II Còn số lựa chọn khác để nâng cao hiệu cho công cụ Optimizes, ta tham khảo thêm User’s Guide III Stream calculator C BÀI TOÁN Chưng cất hỗn hợp Benzene-Toluen có suất nhập liệu 0,5 m3/h; Nồng độ nhập liệu 40% mol bezene; Nồng độ sản phẩm đỉnh: 90% mol bezene; Nồng độ sản phẩm đáy: 10% mol bezene Dòng nhập liệu áp suất thường, 35oC Các bước thực Pro II sau: Xác định số đĩa lý thuyết công cụ Shortcut Nhập thông số vào thiết bị chưng cất Distillation, tính toán nhiệt lượng nồi đun Xác định đĩa nhập liệu tối ưu công cụ Optimizer Tính toán chi phí lợi nhuận công cụ Calculator tối ưu hóa lợi nhuận công cụ Optimizer Dùng Stream Calculator để chia nhỏ dòng - I Xác định số đĩa lý thuyết công cụ Shortcut Bước 1: Nhập cấu tử hệ Hình Bước 2: Nhập mô hình nhiệt động Hình Tùy thuộc vào toán cụ thể mà ta chọn mô hình nhiệt động thích hợp Ở chọn mô hình NRTL để làm ví dụ Bước 3: Vẽ lưu đồ trình Hình Ta tiến hành vẽ thiết bị shortcut (để phục vụ cho việc tính tóan số đĩa lý thuyết) bổ sung dòng (stream) vào sơ đồ PFD hình vẽ Bước 4: thông số cho dòng nhập liệu (tính chất dòng nhập liệu) Tuần tự nhập thông số cần thiết cho dòng nhập liệu sau: 10 II Tính toán sơ tháp chưng cất Bước 1: Thay Shortcut Distillation với số đĩa 8, nhập liệu vào đĩa số 5; giữ nguyên cấu tử, gói nhiệt động thông số dòng nhập liệu Hình 18 Bước 2: Nhập thông số cho Distillation giống Shortcut 15 Hình 19 Hình 20 Hình 21 16 Hình 22 Bước 3: Chạy chương trình Sau nhập đầy đủ kiện cần thiết, ta nhấn vào nút run (mũi tên tam giác) để chương trình phân tích kiện vừa đưa vào Nếu tóan hội tụ sơ đồ PFD tòan màu xanh dương hình sau: 17 Hình 23 III Xác định đĩa nhập liệu tối ưu công cụ optimizer Để xác định đĩa nhập liệu tối ưu cho nhiệt lượng cung cấp nồi đun thấp nhất, ta sử dụng công cụ Optimizer Bước 1: Nhập hàm tính cho nồi đun 18 Hình 24 Bước 2: Chạy chương trình phân tích Hình 25 IV Tính toán chi phí lợi nhuận công cụ Calculator tối ưu hóa lợi nhuận công cụ Optimizer Sử dụng công cụ Calculator để tính lợi nhuận theo công thức sau: Lợi nhuận = giá bán sản phẩm đáy + giá bán sản phẩm đỉnh – chi phí lượng cung cấp cho nồi đun – chi phí dòng nhập liệu Các thông số Calculator - C(1): giá nguyên liệu, 10$/kg C(2): giá sản phẩm đỉnh, 20$/kg C(3): giá sản phẩm đáy, 15$/kg C(4): chi phí lượng, 1000$/106 kJ 19 - P(1): lưu lượng dòng nhập liệu, kg/ngày P(2): lưu lượng dòng sp đỉnh, kg/ngày P(3): lưu lượng dòng sp đáy, kg/ngày P(4): lượng nồi đun ngày, 106 kJ/ngày Bước 1: Khai báo cho Calculator setup Hình 25: Cửa sổ Parameters 20 Hình 26: Cửa sổ Constants 21 Hình 27: Cửa sổ Results 22 Hình 28: Cửa sổ Arrays 23 Hình 29: Cửa sổ Stream Sequence Bước 2: Khai báo cho calculator procedure 24 Hình 30 Bước 3: Chạy chương trình Sau nhập đầy đủ kiện cần thiết, ta nhấn vào nút run (mũi tên tam giác) để chương trình phân tích kiện vừa đưa vào Nếu tóan hội tụ lưu đồ tòan màu xanh dương, ta có kết tính toán sau: Hình 31 25 Bước 4: Thêm Optimizer vào sơ đồ PFD Để trình thiết kế có tính kinh tế, đạt lợi nhuận cao, ta cần phải cân đối chi phí cần tiêu hao cho trình lợi nhuận thu Dựa vào đó, ta tính toán tối ưu hóa trình với hàm mục tiêu tối đa hóa lợi nhuận đạt công cụ Optimizer Hình 32 Bước 5: Khai báo cho optimizer Khai báo cho optimizer hình sau: 26 Hình 33 Ở hàm mục tiêu tối đa hóa lợi nhuận Bước 6: Chạy chương trình Sau chạy chương trình, toàn sơ đồ PFD có màu xanh dương, thu kết sau: Hình 34 V Dùng Stream Calculator để chia nhỏ dòng Với trường hợp, cần tách dòng có lưu lượng benzene toluene tổng lưu lượng 3.165 kg-mol/h Bước 1: Thêm Stream Calculator dòng (stream) vào sơ đồ PFD hình vẽ: 27 Hình 35 Bước 2: Khai báo cho Stream Calculator Trong cửa sổ làm việc Stream Calculator, click vào Product Specifications nhập liệu sau: 28 Hình 36 Bước 3: Chạy chương trình Ta có kết dòng sau: Hình 37 29 [...]... xác định đĩa nhập liệu tối ưu sao cho nhiệt lượng cung cấp ở nồi đun là thấp nhất, ta sử dụng công cụ Optimizer Bước 1: Nhập hàm tính cho nồi đun 18 Hình 24 Bước 2: Chạy chương trình và phân tích Hình 25 IV Tính toán chi phí và lợi nhuận bằng công cụ Calculator và tối ưu hóa lợi nhuận bằng công cụ Optimizer Sử dụng công cụ Calculator để tính lợi nhuận theo công thức sau: Lợi nhuận = giá bán sản phẩm... kg/ngày P(3): lưu lượng dòng sp đáy, kg/ngày P(4): năng lượng nồi đun trong 1 ngày, 106 kJ/ngày Bước 1: Khai báo cho Calculator setup Hình 25: Cửa sổ Parameters 20 Hình 26: Cửa sổ Constants 21 Hình 27: Cửa sổ Results 22 Hình 28: Cửa sổ Arrays 23 Hình 29: Cửa sổ Stream Sequence Bước 2: Khai báo cho calculator procedure 24 Hình 30 Bước 3: Chạy chương trình Sau khi đã nhập đầy đủ các dữ kiện cần thiết,... cần tiêu hao cho quá trình và lợi nhuận thu được Dựa vào đó, ta sẽ tính toán tối ưu hóa quá trình với hàm mục tiêu là tối đa hóa lợi nhuận đạt được bằng công cụ Optimizer Hình 32 Bước 5: Khai báo cho optimizer Khai báo cho optimizer như hình sau: 26 Hình 33 Ở đây hàm mục tiêu của chúng ta là tối đa hóa lợi nhuận Bước 6: Chạy chương trình Sau khi chạy chương trình, toàn sơ đồ PFD sẽ có màu xanh dương,... cần tách 2 dòng có lưu lượng benzene và toluene là bằng nhau và tổng lưu lượng là 3.165 kg-mol/h Bước 1: Thêm Stream Calculator và các dòng (stream) vào sơ đồ PFD như hình vẽ: 27 Hình 35 Bước 2: Khai báo cho Stream Calculator Trong cửa sổ làm việc của Stream Calculator, click vào Product Specifications và nhập các dữ liệu như sau: 28 Hình 36 Bước 3: Chạy chương trình Ta có kết quả 2 dòng ra như sau: