Microsoft powerpoint 1 simulation in chemical processes

9/22/2014 SIMULATION IN CHEMICAL PROCESSES Instructor: Dr Le Dinh Chien Department of Oil Refining and Petrochemistry Faculty of Oil and Gas Hanoi University of Mining and Geology E-mail: chien.dinh.le@bath.edu Instructor: Dr Le Dinh Chien Kiến thức chuyên ngành Tin học chuyên ngành Thiết kế (Designer) Vận hành (Operator) Tư vấn (Consultant) Tiếng Anh Kỹ mềm 9/22/2014 Instructor: Dr Le Dinh Chien • GPP Dinh Cố - Phịng điều hành - Operator • PV Pro – Phịng tư vấn thiết kế - Consultant • PVEP – Dự án Velezuela – Designer • JGC – Process Engineering – Engineer • Cimas – Process Engineering – Engineer Instructor: Dr Le Dinh Chien MỤC ĐÍCH MƠN HỌC  Hiểu vai trị mơ phỏng, số phần mềm mơ điển hình cơng nghệ Lọc Hóa dầu  Cách xây dựng tốn mơ  Nắm rõ bước, tiện ích phần mềm Hysys để thực số toán chuyên ngành cụ thể  Củng cố lại kiến thức chuyên ngành  Giúp sinh viên có kĩ làm việc độc lập theo nhóm 9/22/2014 Instructor: Dr Le Dinh Chien TIÊU CHUẨN ĐÁNH GIÁ - Dự lớp đầy đủ theo quy định (nghỉ không 1/5 số lên lớp) - Thực Task session - Thi cuối học kỳ (vấn đáp/viết + thực hành) - Bài tập lớn Instructor: Dr Le Dinh Chien TÀI LIỆU THAM KHẢO      Advanced Process Modeling using HYSYS (2008) – Aspentech Training Manual Workbook Process Modeling using HYSYS with Refinery Focus (2004) – Aspentech Process Modeling using HYSYS (2004) – Aspentech Simulation Basis - Aspentech Dynamic Modeling - AspenTech 9/22/2014 Instructor: Dr Le Dinh Chien NỘI DUNG MÔN HỌC Chương 1: Giới thiệu mô phần mềm phổ biến mô q trình cơng nghệ hóa học Chương 2: Giới thiệu Aspen Hysys tính 2.1 Thiết lập q trình mơ với Hysys 2.2 Sử dụng tiện ích Hysys 2.3 Một số mơ hình thiết bị Hysys Chương 4: Thực hành: Ứng dụng Aspen Hysys mô số q trình cơng nghệ chế biến dầu khí tự nhiên 4.1 Mơ số q trình cơng nghệ chế biến khí tự nhiên 4.2 Mơ số q trình cơng nghệ chế biến dầu thô 4.3 Mô số trình cơng nghệ hóa dầu Instructor: Dr Le Dinh Chien Mối quan hệ với môn học khác Các môn học khác Nội dung môn học TƯD Công nghệ lọc dầu, Cơng nghệ hóa dầu, Cơng nghệ chế biến khí - Cách thiết lập q trình mơ (thu thập tài liệu, lựa chọn cơng nghệ, ) Hóa Lý Sử dụng tiện ích Hysys Thiết bị phản ứng, Thiết bị công nghệ lọc dầu Nhập thiết bị Hysys 9/22/2014 Instructor: Dr Le Dinh Chien MƠ PHỎNG (SIMULATION) • Mơ gì? • Mơ làm gì? • Ưu mơ gì? • Có kiểu mơ gì? • Thực mơ tính tốn thiết kế cơng nghệ nào? • Các phần mềm mơ phổ biến • Hysys 7.2 Instructor: Dr Le Dinh Chien MƠ PHỎNG (SIMULATION) Q trình xảy thực tế tập hợp gồm nhiều yếu tố phức tạp: • Các thơng số cơng nghệ (T, P, lưu lượng dịng, ) • Các q trình phản ứng hóa học • Các q trình truyền nhiệt • Các q trình chuyển khối • ………… khơng thể tính tốn cho kết xác tuyệt đối 9/22/2014 Instructor: Dr Le Dinh Chien Các thông số công nghệ Các phản ứng hóa học Q trình cơng nghệ Các q trình truyền nhiệt Các trình chuyển khối Instructor: Dr Le Dinh Chien MƠ PHỎNG (SIMULATION) • Mơ (Simulation) gì? • Thực mơ q trình thực tế nào? 9/22/2014 Instructor: Dr Le Dinh Chien MƠ PHỎNG Thiết lập Mơ hình SỐ Sử dụng Phương pháp SỐ MƠ HÌNH HĨA Trợ giúp MÁY TÍNH Instructor: Dr Le Dinh Chien Q TRÌNH MƠ PHỎNG Mơ hình ngun lý Mơ tả tốn học Xử lý biểu thức 9/22/2014 Instructor: Dr Le Dinh Chien THIẾT KẾ MÔ PHỎNG Instructor: Dr Le Dinh Chien Xây dựng phần mềm Thiết kế mô HYSYS 9/22/2014 Instructor: Dr Le Dinh Chien Ngôn ngữ lập trình Mã nguồn mở Xây dựng phần mềm Giải tốn thực tế Trí tuệ kỹ sư trẻ Kinh phí thấp Instructor: Dr Le Dinh Chien - Quản lý dạng bảng tính, đồ thị - Thích hợp cho quản lý nhân sự, vật tư, kế toán Excel Microsoft Access Visual Basic - Dễ sử dụng, Có khả kết nối, - Khả quản lý khối lượng liệu lớn - Lưu trữ liệu nhiều dạng thức - Tính bảo mật cao - Dễ sử dụng, Có thể hoạt động độc lập kết hợp với ngôn ngữ khác Access, SQL, - File ứng dụng có kích thước nhỏ, dễ cài đặt - Giao diện kiểu Windown Matlab - Ngơn ngữ tính tốn, lập trình tuyệt vời cho kỹ sư - Được sử dụng rộng rãi, đặc biệt trường đại học 9/22/2014 Instructor: Dr Le Dinh Chien Cơ sở liệu • Các đại lượng vật lý hố lý • Các thơng số nhiệt động hợp chất điều kiện cơng nghệ • Xác định Hằng số cân pha hợp chất điều kiện cơng nghệ • Tính Hằng số cân phản ứng xảy trình cơng nghệ Instructor: Dr Le Dinh Chien TÍNH TỐN THIẾT KẾ CƠNG NGHỆ Sử dụng phần mềm: • HYSIM, HYSYS, HTFS, STX/ACX, BDK (HyproTech → AspenTech) • PRO II, DYNSIM, PIPEPHASE (SIMSCI) • Design II (Winsim) • PROSIM,TSWEET (Bryan research & engineering) • IDEAS Simulation; Simulator 42; … 10 9/22/2014 Độ chuyển hóa Độ chuyển hóa Sự đặc trưng dầu mỏ Đặc trưng dầu mỏ Hysys chấp nhận dạng thông tin khác dạng dầu mỏ Chúng ta cung cấp nhiều thông tin cho mẫu chúng ta, miêu tả xác (Lượng thông tin tối thiểu mà Hysys yêu cầu để đặc trưng dầu mỏ là: Một đường cong chưng cất phòng TN Hai số tính chất sau: Khối lượng phân tử, tỷ trọng, hệ số K Waston.) 32 9/22/2014 Các dạng phép thử Việc đặc trưng tính dễ bay quan trọng miêu tả chất lưu dầu mỏ q trình mơ Hysys chấp nhận đặc trưng tiêu chuẩn để đánh giá khả bay sau: • Điểm sơi thực (TBP) Được thực máy phân tách gián đoạn có nhiều đĩa hoạt động tỷ số hồi lưu cao • ASTM D86 Sự chưng cất dùng phân tách gián đoạn sử dụng bình Engler khơng có hồi lưu (bình thót cổ) Nói chung sử dụng cho phân đoạn dầu mỏ nhẹ trung bình (Với tất đường cong chưng cất, yêu cầu phải nhập điểm liệu) • D1160 distillation Sự chưng cất dùng phân tách gián đoạn sử dụng bình Engler khơng có hồi lưu (bình thót cổ) Nói chung sử dụng cho phân đoạn dầu mỏ nặng • D86_D1180 Đây kết hợp dạng liệu chưng cất D86/D1180 • ASTM D2887 Mơ chưng cất phân tích từ liệu sắc kí • Equilibrium Flash Vaporization (EFV) Bao gồm chuỗi thực nghiệm áp suất khí khơng đổi, tồn nằm cân với lỏng chưa bay • Chromatographic Analysis Một phân tích sắc kí khí mẫu nhỏ dầu bay hồn tồn, phân tích cho nhóm hydrocacbon paraffin, aromatic, naphten từ C6 đến C30 Các phân tích sắc kí nhập cở sở mole, khối lượng, hay thể tích lỏng Phân đoạn nhẹ Các phân đoạn nhẹ định nghĩa hợp phần nguyên chất với điểm sôi thấp Các thành phần khoảng nhiệt độ sôi C2 đến n-C5 thường quan tâm Hysys cung cấp ba tuỳ chọn để tính tốn cho phân đoạn nhẹ: • Ignore Hysys đặc trưng phân đoạn nhẹ mẫu cấu tử giả Đây phương pháp xác khơng khuyến cáo sử dụng • Auto Calculate Lựa chọn khơng có phân tích riêng rẽ hợp phần nhẹ muốn phần có nhiệt độ sơi thấp miêu tả cấu tử nguyên chất Hysys sử dụng cấu tử nguyên chất mà lựa chọn gói chất lưu • Input Composition Lựa chọn có phân đoạn nhẹ phân tách riêng rẽ dầu mỏ pha chế với phân đoạn nhẹ mẫu Hysys cung cấp danh sách cấu tử nguyên chất mà lựa chọn gói chất lưu Đây phương pháp xác để miêu tả 33 9/22/2014 Các tính chất khối Các tính chất khối cho mẫu cung cấp Các tính chất khối tuỳ y đường cong chưng cất hay liệu sắc kí cung cấp • Khối lượng phân tử Đây khối lượng phân tử mẫu thể tích (bulk sample) Nó phải lớn 16 • Tỉ khối Tỉ khối phải nằm 250 2000 kg/m3 (Các đơn vị cho tỉ trọng tỉ khối, độ API hay trọng lượng riêng, chọn từ danh sách sổ xuống Edit) • Hệ số K Waston (UOP) Phải nằm 15 (Hệ số K Waston số parafin gần K = (Mean Avg BP)1/3/(sp gr 60F/60F), specific gravity • Bulk Viscosities Cho hai nhiệt độ đó, mặc định 37.780C 98.890C (1000F 2100F) Nhập liệu dầu mỏ Lựa chọn mục Assay>Add Mục “Input Data” nhập thơng tin sau: • Name: Res-Fluid • Bulk Props: Used • Assay Data Type: Chromatograph • Light Ends: Input Composition • Input Data : Light Ends” • Assay Basis: phần trăm mole • Nhập liệu bảng dưới: Thành phần Phần mole N2 0.48 H2S 0.00 CO2 0.87 C1 41.83 C2 8.87 C3 7.11 i-C4 1.47 n-C4 3.75 i-C5 1.25 n-C5 1.63 C6 0.00 H2O 0.00 34 9/22/2014 Nhập liệu dầu mỏ • Lựa chọn tuỳ chọn “Paraffinic” rõ đơn vị mole Nhập liệu sau: Thành phần Phần mole Octadecane (C18) 0.0062 Hexane (C6) 0.0286 Nonadecane (C19) 0.0049 Heptane (C7) 0.0371 Eicosane (C20) 0.0046 Octane (C8) 0.0348 Heneicosane (C21) 0.0039 Nonane (C9) 0.0231 Docosane (C22) 0.0036 Decane (C10) 0.0240 Tricosane (C23) 0.0032 Undecane (C11) 0.0183 Tetracosane (C24) 0.0027 Dodecane (C12) 0.0142 Pentacosane (C25) 0.0024 Tridecane (C13) 0.0141 Hexacosane (C26) 0.0021 Tetradecane (C14) 0.0113 Heptacosane (C27) 0.0020 Pentadecane (C15) 0.0099 Octacosane (C28) 0.0018 Hexadecane (C16) 0.0074 Nonacosane (C29) 0.0016 Heptadecane (C17) 0.0082 Triconane Plus 0.0133 Nhập liệu dầu mỏ Lựa chọn tuỳ chọn “Aromatic” lựa chọn liệu phần mole sau: Thành phần Phần mole Benzene (C6H6) 0.0004 Toluene (C7H8) 0.0015 EBZ, p+m-Xylene (C8H10) 0.0070 o-xylene (C8H10) 0.0028 1,2,4-TrimethylBenzene (C9H12) 0.0028 Nhập liệu sau cho thành phần naphten: Thành phần Phần mole Cyclopentane (C5H10) 0.0002 Methylcyclopentan (C6H12) 0.0106 Cyclohexane (C6H12) 0.0050 Methylcyclohexan (C7H14) 0.0156 35 9/22/2014 Nhập liệu dầu mỏ • • • • • • • • Lựa chọn mục “Bulk Props” để nhập tính chất khối: Khối lượng phân tử 79.6 tỉ trọng tiêu chuẩn 0.6659 SG_60/60api “Calculate” -> “Assay was Calculated” Ngay dầu mỏ tính tốn, đường cong làm việc thị mục “Working Curves” Các đường cong làm việc chuyển ngược từ liệu đầu vào dầu mỏ Việc tính tốn cho pha trộn dựa đường cong làm việc Đóng cửa sổ lại để quay trở lại cửa sổ “Oil Characterization” Chúng ta mục “Assay” cửa sổ Chú y tất nút cửa sổ sử dụng (Với gói chất lỏng, dầu mỏ nhập xuất để sử dụng tập khác) SG 60/60= 141.5 / (131.5 + API) The ratios of the density of the liquid stream to the density of water measured at 60F Các khoảng phân cắt Chúng ta có ba lựa chọn cho “Cut option selection”: • Auto cut: Hysys chia dầu mỏ dựa giá trị bên Khoảng Số phân đoạn 37.78-4250C (100-8000F) 28 (4 phân đoạn khoảng 37.780C/1000F) 425-6500C (800-12000F) (2 phân đoạn khoảng 37.780C/1000F) 650-7800C (1 phân đoạn khoảng 37.780C/1000F) (1200-16000F) •User Points: rõ số lượng cấu tử giả yêu cầu Hysys cân đối phân đoạn theo sơ đồ khối bên Khoảng điểm cắt Phân đoạn IBP-4250C (IBP-8000C) phân đoạn khoảng 37.780C/1000F 425-6500C (800-12000F) phân đoạn khoảng 37.780C/1000F 6500C-FBP (12000F-FBP) phân đoạn khoảng 37.780C/1000F •User Ranges: Chúng ta rõ khoảng theo điểm sôi số lượng phân đoạn khoảng 36 9/22/2014 Chia cắt dầu mỏ Ngay phân đoạn dầu mỏ tính tốn, cắt dầu mỏ thành cấu tử giả riêng biệt • Di chuyển đến mục “Cut/Blend” cửa sổ “Oil Characterization” Kích vào nút “Add” để tạo hỗn hợp pha trộn • Trong “Name”, thay đổi dạng tên mặc định từ Bend-1 thành Res-Fluid • Từ danh sách dầu mỏ có hiệu lực (chỉ nên có một), lựa chọn Res-Fluid kích vào nút “Add” Cái thêm dầu mỏ vào bảng tính chất dòng hỗn hợp trộn lẫn tính tốn tự động Hỗn hợp trộn lẫn tính tốn sử dụng tuỳ chọn chia cắt mặc định, tự động chia cắt • Thay việc sử dụng tuỳ chọn chia cắt tự động mặc định, thay đổi lựa chọn chia cắt để sử dụng điểm người sử dụng nhập vào thay đổi số đoạn chia cắt (Chú ý việc giảm số đoạn chia cắt làm tăng tốc độ mô phỏng, có ảnh hưởng xấu đến độ xác mơ phỏng) • Kết tính tốn hiển thị mục “Tables” cửa sổ “Blend” Phân tích kết Ngay tính tốn hỗn hợp trộn lẫn, kiểm tra tính chất khác tóm tắt cho dịng cấu tử giả tạo để miêu tả dầu mỏ tính tốn Quay lại mơi trường dầu mỏ mở cửa sổ hỗn hợp trộn lẫn, Res-Fluid Oil Characterization>Cut/Blend>View Mục Tables Mục Property Plot Mục Composite Plot 37 9/22/2014 Thiết lập đơn vị tính Tools/Preferences/Variable tab Simulation Enviroment Menu Bar Toolbar Object Pallette Status Bar Object Status Window Trace Window Performance Slider 38 9/22/2014 Stream Material streams Flow rates (F): Stream and components (mass, mol, etc.) Composition (x): Components and their mass/mol fractions Phase (f): Solid, liquid, gas, 2phase, 3-phase, etc Temperature (T) Pressure (P) Form (φ): Particle size distribution, shape, etc Energy streams Flow (e): Energy flow kJ/h Form: Power (work) or heat Stream Có cách để nhập dòng Hysys Phương pháp Cách thực Sử dụng Menu Bar • • Lựa chọn “Add Stream” từ mục “Flowsheet” menu, Ấn vào phím nóng F11 Sử dụng Workbook Mở Workbook di chuyển đến mục “Material Streams” Nhập tên dịng vào “New” Sử dụng bảng Từ mục “Flowsheet” menu, lựa chọn “Open Object Palette” ấn F4 để mở bảng Nhấp đúp vào biểu tượng dòng 39 9/22/2014 Stream Nhập thành phần dịng Có hai mục khác để nhập thành phần dòng: Mục Thực Điều kiện •Kích •Hoặc đúp vào “Molar Flow” để phần mole kích đúp vào “Mass Flow” để nhập phần khối lượng Hoặc * Kích đúp vào “Std Ideal Liquid Volume Flow” để nhập phần thể tích Thành phần Kích vào nút “Edit”, cửa sổ để nhập thành phần dịng xuất Extra – Các phím nóng Hysys 40 9/22/2014 Extra – Các phím nóng Hysys Homework Dùng cách khác để nhập dòng vật chất sau: Gaswell Gaswell Gaswell Cấu tử Phần mole Cấu tử Phần mole Cấu tử Phần mole N2 0.0002 N2 0.025 N2 0.0050 H2S 0.0405 H2S 0.0237 H2S 0.0141 CO2 0.0151 CO2 0.0048 CO2 0.0205 C1 0.7250 C1 0.6800 C1 0.5664 C2 0.0815 C2 0.1920 C2 0.2545 C3 0.0455 C3 0.0710 C3 0.0145 i-C4 0.0150 i-C4 0.0115 i-C4 0.0041 n-C4 0.0180 n-C4 0.0085 n-C4 0.0075 i-C5 0.0120 i-C5 0.0036 i-C5 0.0038 n-C5 0.0130 n-C5 0.0021 n-C5 0.0037 C6 0.0090 C6 0.0003 C6 0.0060 C7+ 0.0252 C7+ 0.0000 C7+ 0.0090 H2O 0.0000 H2O 0.0000 H2O 0.0909 41 9/22/2014 Nhỡ tay đóng giao diện Trở lại PFD Có cách: • Bấm vào phím • Bấm vào phím • Bấm vào Tool PFD, chọn View 42 9/22/2014 Thực hành • Thiết lập dịng vật liệu có H2O • Fluid Package: PR • Flowrate: 100 kgmole/h • Pressure: atm • Vapor/Phase Fraction: 1.00 • Temperature ? Thực hành • Thiết lập dịng vật liệu có H2O • Fluid Package: PR • Flowrate: 100 kgmole/h • Temperature: 150oC • Vapor/Phase Fraction: 1.00 • Pressure ? 43 9/22/2014 Thực hành • Thiết lập dịng vật liệu có H2O • Fluid Package: PR • Flowrate: 100 kgmole/h • Temperature: 70oC • Vapor/Phase Fraction: 1.00 • Pressure ? Thực hành • Thiết lập dịng vật liệu có H2O • Fluid Package: PR • Flowrate: 100 kgmole/h • Pressure: atm • Vapor/Phase Fraction: 1.00 • Temperature ? 44 9/22/2014 Thực hành • Thiết lập dịng vật liệu có H2O • Fluid Package: PR • Flowrate: 100 kgmole/h • Pressure: atm • Vapor/Phase Fraction: 1.00 • Temperature ? Thực hành • Thiết lập dòng vật liệu có H2O • Fluid Package: PR • Flowrate: 100 kgmole/h • Pressure: 0.5 atm • Vapor/Phase Fraction: 1.00 • Temperature ? 45 9/22/2014 Thực hành • Thiết lập dịng vật liệu có H2O • Fluid Package: PR • Flowrate: 100 kgmole/h • Vapor/Phase Fraction: 1.00 Nhận xét: • Khi thay đổi T? • Khi thay đổi P? 46 ... 0.0237 H2S 0. 014 1 CO2 0. 015 1 CO2 0.0048 CO2 0.0205 C1 0.7250 C1 0.6800 C1 0.5664 C2 0.0 815 C2 0 .19 20 C2 0.2545 C3 0.0455 C3 0.0 710 C3 0. 014 5 i-C4 0. 015 0 i-C4 0. 011 5 i-C4 0.00 41 n-C4 0. 018 0 n-C4 0.0085... (C23) 0.0032 Undecane (C 11) 0. 018 3 Tetracosane (C24) 0.0027 Dodecane (C12) 0. 014 2 Pentacosane (C25) 0.0024 Tridecane (C13) 0. 014 1 Hexacosane (C26) 0.00 21 Tetradecane (C14) 0. 011 3 Heptacosane (C27)... tập lớn Instructor: Dr Le Dinh Chien TÀI LIỆU THAM KHẢO      Advanced Process Modeling using HYSYS (2008) – Aspentech Training Manual Workbook Process Modeling using HYSYS with Refinery Focus