HƯỚNG dẫn học HYSYS

www.thuvien247.net HƯỚNG DẪN HỌC HYSYS Nguyễn Thị Minh Hiền – ĐH Bách Khoa Hà Nội www.thuvien247.net - Các dòng vật chất dòng lượng 2.1 Dòng vật chất 2.1.1 Worksheet Tab 2.1.2 Attachments Tab 2.1.3 Dynamics Tab 2.1.4 User Variables Tab 2.2 Dòng lượng…………… 10 2.2.1 Stream Tab 10 2.2.2 Unit Ops Tab 11 2.2.3 Dynamics Tab …… 11 2.2.4 User Variables Tab 11 www.thuvien247.net 2.1 Dòng vật chất Biểu tượng dòng vật chất (mũi tên màu xanh da trời) Các dòng vật liệu nhập vào mô môi trường mô chính, mà xác định tính chất thành phần dòng Biểu tượng dòng vật chất Object Palette mũi tên màu xanh Có nhiều cách để nhập dòng vật chất Một cách đơn giản để thiết lập dòng vật chất sử dụng phím F11 Các thơng tin phương pháp này, trình bày kỹ Section 3.3 - Installing Streams and Operations tài liệu User’s Guide Giao diện hiển thị tính chất dòng vật chất chứa số tab kết hợp với page cho phép xác định tham số, nhập thêm tiện ích xác định rõ thơng tin động Trong hình giao diện thuộc tính ban đầu dòng vật chất Tên dòng Các Page Các Tab Thanh trạng thái Các phím Phím xem thiết bị vận hành trước dòng Các phím trang thái (Status Bar) phía cửa sổ thuộc tính ln hiển thị giao diện thuộc tính dòng vật chất mở Nếu muốn chép tính chất hay thành phần từ dòng có sẵn lưu trình, thực cách bấm vào phím Define from Other Stream Phím mở cửa sổ mà từ www.thuvien247.net lựa chọn tính chất thành phần dòng muốn chép vào dòng thiết lập Các phím với mũi tên màu xanh bên trái Status Bar phím View Upstream Operation (Xem Phím xem thiết bị thiết bị vận hành trước dòng) View Downstream Operation (Xem vận hành sau dòng thiết bị vận hành sau dòng) Mũi tên hướng bên trái xác định vị trí thiết bị vận hành trước dòng mũi tên hướng bên phải xác định vị trí thiết bị vận hành sau dòng Nếu thấy dòng gắn với thiết bị vận hành, chọn phím để mở dòng trước sau gần thiết bị vận hành Nếu dòng khơng kết nối với thiết bị vận hành điểm cuối dòng trước dòng sau, phím mở khối ngun liệu hay sản phẩm 2.1.1 Worksheet Tab Worksheet tab có ba page có sẵn hiển thị thơng tin liên quan đến tính chất dòng Các trang là: Conditions, Properties Compositions Hình biểu diễn cửa sổ Worksheet tab dòng vật chất môi trường mô phỏng: Conditions Page www.thuvien247.net Conditions Page hiển thị tất thơng tin dòng mặc định biểu diễn trang Workbook dòng vật chất Tên giá trị thời thơng số biểu diễn sau: • • • • • • • • • • Stream Name Vapour/Phase Fraction Temperature Pressure Molar Flow Mass Flow LiqVol Flow Molar Enthalpy Molar Entropy Heat Flow HYSYS sử dụng bậc tự việc kết hợp với chèn thơng tin, để tính tốn nhanh cách tự động Để dòng tính nhanh thơng tin, thơng tin sau phải có sẵn (cũng đặc tính hay kết phép tính tốn khác lưu trình): • Stream Composition Ít hai giá trị nhiệt độ áp suất phải biết trước để tính tốn giá trị khác dòng vật chất Hai số tính chất sau phải xác định; phải biết trước giá trị áp suất hay nhiệt độ: • • • • Temperature Pressure Vapour Fraction Entropy • Enthalpy Chú ý biết trước phần hay 1, tương ứng, dòng giả thiết điểm bọt hay điểm sương Cũng thiết lập phần nhận giá trị Phụ thuộc vào biến số trạng thái biết, HYSYS tự động tính tốn xác kết Khi dòng tính tốn, tất tính chất khác dòng tính Có thể kiểm tra tính chất thơng qua page kèm theo giao diện thuộc tính dòng Chú ý lưu lượng dòng phải biết trước để tính dòng nhiệt lượng www.thuvien247.net Các giá trị dòng có sẵn trang Condition hay Workbook Thay đổi phạm vi phản ánh qua Flowsheet (lưu trình) Chú ý Workbook hiển thị bảng đặc tính dòng, trang Conditions, Properties Compositions biểu diễn giá trị cho đặc tính pha riêng lẻ HYSYS hiển thị lên đến Pha lỏng hỗn hợp pha khác kết hợp pha lỏng dòng định sẵn, tính tốn tất tính chất pha lỏng cho dòng kết tính tốn Pha lỏng hỗn hợp khơng nhập thành phần hay dòng mol vào dòng vật chất mà ra, cách biểu diễn khác cấu tử lỏng thời • • • • • • Overall Vapour Liquid Aqueous Second Liquid Mixed Liquid Ví dụ, mở rộng chiều rộng bảng hiển thị tính chất dòng trên, nhìn thấy bảng hiển thị hình sau Trong trường hợp này, tính chất pha pha lỏng hiển thị bên cạnh tính chất dòng tổng Nếu có pha lỏng khác biểu diễn Đơn giản việc mở rộng bảng hiển thị, sử dụng (Scroll Bar) để xem tính chất pha khơng hiển thị Chú ý xem bảng tính chất dòng Column Sub-Flowsheet, có phím Create Column Stream Spec kèm theo trang Conditions Để biết chi tiết chức phím này, xem thêm Specification Types Section of Chapter - Column Steady State Modelling Guide www.thuvien247.net Properties Page Cửa sổ Properties page biểu diễn tất Transport Properties cho pha dòng Các tính chất bao gồm: Nhiệt hóa HYSYS xác định lượng nhiệt yêu cầu để chuyển từ lỏng bão hòa sang bão hòa • • • • • • • • • • • • • • • • Vapour / Phase Fraction Temperature Pressure Actual Vol Flow Mass Enthalpy Mass Entropy Molecular Weight Molar Density Mass Density Std Liquid Mass Density Molar Heat Capacity Mass Heat Capacity Thermal Conductivity Viscosity Vap Frac (mass basis) Vap Frac (volume basis) • • • • • • • • • • • • • • • Molar Volume Act Gas Flow Act Liq Flow Std Liq Flow Std Gas Flow Watson K Kinematic Viscosity Cp/Cv Lower Heating Value Mass Lower Heating Value Liquid Fraction Partial Pressure of CO2 Avg Liq Density Heat of Vap Mass Heat of Vap Mở rộng bảng hiển thị hay sử dụng Scroll Bar để xem giá trị pha riêng lẻ, biểu diễn hình Khơng giá trị trang (các giá trị biểu diễn màu đen) thay đổi được, chúng phụ thuộc vào điều kiện dòng ban đầu (áp suất, nhiệt độ, thành phần, …) www.thuvien247.net Không thể thay dổi thành phần dòng tính HYSYS Màu mặc định cho giá trị dòng có sẵn màu xanh màu đen cho giá trị tính HYSYS Chọn Composition page Worksheet tab để mở trang Composition dòng vật chất Có thể định rõ hay thay đổi thành phần dòng cách nhấp vào phím Edit nhập vào giá trị dòng liệu bấm phím Enter Các thao tác nhập cấu tử vào bảng Input Composition Phím đóng Sau bấm phím Basis, lựa chọn phím bảng hiển thị dòng để chọn đơn vị biểu diễn thành phần Sau bấm phím Close, thành phần dòng biểu diễn sử dụng đơn vị biểu diễn thành phần Đối với đơn vị biểu diễn thành phần, lựa chọn phím OK tiêu chuẩn hóa thành phần cho tổng thành phần có chứa giá trị Phím Cancel đóng bảng lại khơng có thay đổi thừa nhận Composition Page Ví dụ biểu diễn hình đây, phần mol (mole fractions) cho thành phần pha tổng, pha hay pha lỏng hiển thị Cũng xem thành phần cách sử dụng phím Basic Bấm phím Edit bảng hiển thị dòng vật chất mở trang Input Composition Khi làm việc trang Input Composition thay đổi thành phần cách lựa chọn phím nhóm Composition Basic nhập chúng vào dòng tương ứng Khơng thể thay đổi thành phần cho dòng tính tốn HYSYS Khi di chuyển đến trang Comp dòng đó, phím Edit khơng truy cập www.thuvien247.net Phím thay đổi thành phần Erase Normalize Thực hiện… Xóa tồn thành phần Cho phép nhập giá trị phần mol cấu tử thành phần HYSYS chuẩn hóa giá trị cho tổng chúng Phím có ích nhiều thành phần có mặt mong muốn cung cấp giá trị cho vài số Khi nhập thành phần, bấm phím Normalize HYSYS bảo đảm tổng chúng 1, xác định thành phần Nếu thành phần bị bỏ trống , HYSYS không sử dụng để tính tốn nhanh cho dòng Chú ý phím Normalize khơng áp dụng cho lưu lượng dòng, khơng có hạn chế với lưu lượng dòng tổng K Value Page Trang K Value hiển thị giá trị số cân pha K hệ số phân bố cho cấu tử dòng tỷ lệ phần mol cấu tử i pha phần mol pha lỏng Ki = yi xi Trong đó: Ki = số cân pha hệ số phân bố yi = phần mol cấu tử i pha xi = phần mol cấu tử i pha lỏng www.thuvien247.net Notes Page Có thể sử dụng trang để chèn ghi tương ứng với thiết bị vận hành case mơ nói chung 2.1.2 Attachments Tab Unit Ops Page Trong Unit Ops page, xem loại tên thiết bị vận hành phần tử logical mà dòng gắn kèm vào Bảng hiển thị ba nhóm: • Nhóm thiết bị mà dòng sản phẩm • Nhóm thiết bị mà dòng ngun liệu • Các cơng cụ logical có liên kết với dòng Có thể truy cập vào giao diện thuộc tính thiết bị vận hành công cụ logical có sẵn cách nhắp đúp vào có tên (Name) hay ô loại (Type) Utilities Page Các lựa chon trang Utilities cho phép: • Đính kèm Utilities cho dòng thời • Xem Utilities có sẵn đính kèm với dòng • Xóa Utilities có sẵn đính kèm với dòng 2.1.3 Dynamics Tab Các lựa chon Dynamic tab cho phép thiết lập đặc tính động cho mô Nếu không dự định chạy case chế độ động, không cần thiết phải thay đổi thông tin hiển thị trang Specs tab 2.1.4 User Variables Tab Trong tab thiết lập cài đặt biến số riêng người sử dụng thiết lập (User Variables) sử dụng mơ HYSYS Để tìm hiểu kỹ xem thêm chương User Variables Customization Guide www.thuvien247.net Giá trị upper lower quan trọng Đây giá trị đạt từ thiết kế bạn, ý đừng đặt giá trị biên lớn cho Steam Heat Flow lớn giá trị xuất case bạn Object Variable Lower Upper Raw Crude Liquid Volumn Flow 66 m3/hr 660 m3/hr Feed Temperature 220oC 245oC Giá trị dòng Heavy Crude 594 m3/hr (90,000 bbl/d), lưu lượng dòng Raw Crude cần khoảng 66 m3/hr (10,000 bbl/d) 660 m3/hr (100,000 bbl/d) Xác định Spreadsheet Cơng cụ Optimizer đòi hỏi phải xác định hàm mục tiêu điều kiện buộc chúng Primary Variable nhập hàm xác định Optimizer Spreadsheet Nhập xuất biến Bạn nhập biến mơ vào Spreadsheet xuất giá trị từ ô Spreadsheet tới trường đặc tính mơ bạn • Object Inspection – kiểm sốt mục tiêu (ấn phím trái chuột) vào mà bạn muốn xuất nhập thơng tin từ Từ Menu xuất hiện, chọn Import Variable Export Formula Result Sau đó, sử dụng Variable Navigator, lựa chọn biến mà bạn muốn xuất nhập Giá trị ô Spreadsheet thay đổi thay đổi biến Flowsheet Biểu tượng Spreadsheet xuất PFD • Connections page Tab – lựa chọn phím Add Import Add Export, sau sử dụng Variable Navigator, lựa chọn biến mà bạn muốn xuất nhập • Drag’n Drop – sử dụng phím trái chuột, click vào giá trị biến (từ Workbook Property View) mà bạn muốn nhập, thả vào vị trí mong muốn Spreadsheet Nếu bạn muốn nhập biến, kéo từ Spreadsheet tới vị trí bạn muốn nhập Nhập thông tin Spreadsheet: www.thuvien247.net Kích thước Spreadsheet hiệu chỉnh Parameters tab Đặt số dòng 15 Cell… Object… B1 Naphtha B2 Kerosene B3 Diesel B4 AGO B5 Atm Residue B7 Raw Crude B8 Heavy Crude B10 Cond Duty B11 Trim Duty Variable… Liquid Volumn Flow Heat Flow www.thuvien247.net Nhập thêm giá trị bảng vào Spreadsheet: Bạn thay đổi kiểu biến $ thành không thứ nguyên Cell… Value…per day Comment… C1 $220/m3 Naphtha Price C2 $194/m3 Kerosene Price C3 $176/m3 Diesel Price C4 $145/m3 AGO Price C5 $113/m3 Residue Price C7 $151/m3 Raw Crude Price C8 $148/m3 Heavy Crude Price C10 $25/MW-hr Condenser Energy Price C11 $30/MW-hr Btm Steam Energy Price Thêm cơng thức tính Các cơng thức tính tốn thiết lập, sử dụng cú pháp đơn giản để tính tốn Spreadsheet Hàm số học, loga lượng giác thực Spreadsheet Tất hàm phải có kí tự “+” đằng trước Một số hàm đặc biệt phải có thêm kí tự “@” Một số hàm đây: • Cộng (+) : +A1+A2 • Trừ (-): +A1-A2 Ấn Function Help để xem hàm biểu thức có Spreadsheet • Nhân (*): +A1*A2 • Chia (/): +A1/A2 • Bậc (^): +A1^3 • Trị tuyệt đối (@ABS): +@ABS(A1) • Bình phương (@SQRT): +@SQRT(A1) • Loga tự nhiên (@ln): +@ln(A1) www.thuvien247.net • Số mũ (@exp): +exp(A1) Thêm công thức sau vào Spreadsheet Trong ô D10 D11 khơng có cơng thức Chú ý đặc biệt đơn vị nhập cơng thức này: Ơ D13 chứa hàm mục tiêu bạn Đây giá trị bạn muốn tối đa In this cell… Enter… Comments… D1 +B1*C1 Naphtha Revenue D2 +B2*C2 Kerosene Revenue D3 +B3*C3 Diesel Revenue D4 +B4*C4 AGO Revenue D5 +B5*C5 Residue Revenue D6 +D1+D2+D3+D4+D5 Total Revenue D7 +B7*C7 Raw Crude Cost D8 +B8*C8 Heavy Crude Cost D9 +D7+D8 Total Crude Cost D10 Condenser Steam D11 Trim Duty Steam D12 +D10+D11 Total Steam Cost D13 +D6-D9-D12 Profit Công thức cần nhập vào ô D10? Và ô 11? Quan sát đơn vị Tất đơn vị tháp $/hr hay $/day Giá trị ô D13 hàm mục tiêu Nếu hệ đơn vị bạn chọn SI giá trị thu $/hr, bạn chọn Field, giá trị có đơn vị $/day Functions Tab Functions tab có chứa hai nhóm Objective Function Constraint Functions Trong vùng Cell nhóm Objective Function, tạo lập đặc tính ô Spreadsheet xác định hàm mục tiêu Sử dụng danh www.thuvien247.net sách thả xuống từ Edit Bar, lựa chọn D13 Ơ có hàm mục tiêu lợi nhuận Giá trị hàm mục tiêu hiển thị Current Value Chọn phím Maximize Thêm điều kiện buộc khác vào nhóm Constraint Functions Chúng ta khơng có điều kiện ràng buộc khác Optimizer không phá vỡ giá trị thiết lập cho thiết bị khác Ví dụ, Optimizer giữ đặc tính Cut Point thiết lập cho tháp Giá trị Objective Function Parameters Tab Parameter tab đước sử dụng để lựa chọn cách thức tối ưu hóa • Box – tính tốn bất đẳng thức mà khơng tính đẳng thức Nói chung u cầu số bước lặp lớn để hội tụ giải pháp Để có thêm thơng tin cách thức tối ưu hóa, tham khảo 17.2 Help Online • SQP – Sequential Quadratic Programming, tính tốn bất đẳng thức đẳng thức Đa số trường hợp sử dụng để tính tốn tìm giá trị cực tiểu • Mixed – tính bất đẳng thức Đây kết hợp hai phương pháp Box SQP Nó bắt đầu tính giá trị www.thuvien247.net nhỏ với phương pháp Box, sử dụng sai số hội tụ không chặt chẽ Sau hội tụ, phương pháp SQP sử dụng để tìm giải pháp cuối Để có thêm thơng tin chi tiết Optimization Schemes, đọc tài liệu hướng dẫn sextion 17.2 Help on-line • Fletchet Reeves – khơng tính biểu thức ràng buộc Phương pháp hiệu cho tìm giá trị • Quasi – Newton – Fletcher Reeves đơn giản Chọn phương pháp Mixer cách thức tối ưu hóa Sử dụng sai số cho phép (Tolerance) số vòng lặp (Number of Iterations) mặc định Monitor tab Các giá trị ràng buộc dương bất đẳng thức thỏa mãn, âm bất đẳng thức không thỏa mãn Monitor tab hiển thị giá trị Objective Function, Primary Variable Constraint Function suốt q trình tính tốn Optimizer Chuyển sang Monitor tab, ấn phím Start để bắt đầu tối ưu hóa Thường vài phút để tối ưu hóa tháp chưng Giá trị Objective Function sau tối ưu hóa bao nhiêu? Cái làm tăng thêm giá trị này? www.thuvien247.net The HYSYS Spreadsheet (Advance 4_1) Nội dung HYSYS Spreadsheet công cụ mạnh cho phép người sử dụng áp dụng chức chương trình vào việc mơ hình hóa sơ đồ dây chuyền sản xuất Spreadsheet có khả truy cập vào tất biến, ứng dụng chức không giới hạn Trong module này, Spreadsheet sử dụng việc tính tốn độ mở van an tồn Khơng giống Depressurizing, Spreadsheet tính tốn diện tích cần thiết cho dòng vào Mục tiêu Sau hồn thành module, bạn có thể: • Nhập xuất biến vào Spreadsheet • Thêm cơng thức vào Spreadsheet • Sử dụng Spreadsheet nhiều ứng dụng • Mở rộng chạy ngôn ngữ Macro để sửa đổi chương trình Yêu cầu Trước bắt đầu module, bạn nên: • Nhập dòng đơn vị tính tốn vào PFD • Sắp xếp hợp lý giao diện HYSYS www.thuvien247.net Sơ đồ công nghệ The HYSYS Spreadsheet Với khả truy cập vào tất biến, Spreadsheet công cụ mạnh HYSYS Điều thể đầy đủ qua việc thêm cơng thức, chức năng, tốn tử logic, hỗ trợ lập trình Nhờ khả xuất nhập biến, có nghĩa có liên quan trực tiếp mơi trường mơ Spreadsheet Vì thay đổi môi trường mô phản ánh Spreadsheet ngược lại Spreadsheet có số ứng dụng phổ biến Ví dụ Spreadsheet sử dụng trường hợp sau: • Chuyển biến objects sơ đồ công nghệ • Liên kết quan hệ độ giảm áp dòng trao đổi nhiệt • Thực q trình tính tốn tốn học từ biến môi trường mô www.thuvien247.net Xuất nhập biến (Importing and Exporting Variables) Nội dung bảng Simulation Environment đưa vào Spreadsheet Nội dung bảng Spreadsheet xuất sang bảng tham số (màu xanh) Simulation Environment Lưu ý nội dung Spreadsheet khơng thể đồng thời xuất nhập Có cách để nhập biến vào Spreadsheet: + Drag and Drop (Kéo Thả): đặt trỏ chuột đối tượng; sau bấm giữ phím phải chuột Di chuyển trỏ chuột tới Spreadsheet Vẫn Spreadsheet, xuất trỏ chuột thay đổi sang kiểu "bull’s eye" Lúc nhả phím phải chuột Các thông tin biến nhập xuất + Variable Browsing: biến nhập vào Spreadsheet cách đặt trỏ vào ô trống Spreadsheet, bấm giữ phím phải chuột Chọn Import Variable từ danh sách hiển thị, chọn biến cách sử dụng Variable Navigator + Connections Page: Trong Connections page, bấm phím Add Import chọn biến cần cách sử dụng Variable Navigator Sau chọn biến, chọn ô cần thiết từ danh sách kéo thả Quá trình tương tự thực xuất biến từ Spreadsheet sang Simulation Environment: Các giá trị ô náo Spreadsheet xuất, trừ giá trị nhập sang + Drag and Drop (Kéo Thả): đặt trỏ lên ô cần xuất từ Spreadsheet Bấm giữ phím phải chuột; trỏ thay đổi sang kiểu "bull’s eye" Di chuyển trỏ "bull’s eye" tới ô cần thiết Simulation Environment Nhả phím phải chuột, việc xuất biến xong + Variable Browsing: biến xuất từ Spreadsheet sang Simulation Environment cách đặt trỏ vào ô cần xuất Spreadsheet, bấm giữ phím phải chuột Chọn Export Formula Result từ danh sách hiển thị, chọn vị trí tương ứng cách sử dụng Variable Navigator www.thuvien247.net + Connections Page: Trong Connections page, bấm phím Add Export chọn biến cần cách sử dụng Variable Navigator Sau chọn biến, chọn ô cần thiết từ danh sách kéo thả Bổ sung hàm (Adding Spreadsheet Funtions) Để xem chức HYSYS bấm phím Function Help, có trang Functions Expressions Trong HYSYS, Spreadsheet có nhiều chức tốn học logic Các chương trình tính tốn HYSYS có hình thức tương tự nhiều chương trình tính tốn khác Các chức tính tốn Spreadsheet tiến hành với dấu “+” “@” tùy thuộc vào loại chức Dấu “+” sử dụng tính tốn cộng, trừ, nhân, chia Còn dấu “@” dùng trước chức đặc biệt như: logarit, lượng giác, logic Một số ví dụ chức dạng tính tốn HYSYS: Giá trị số copy sang khác cách sử dụng cơng thức đơn giản,ví dụ +A1 + Cộng: sử dụng “+”, ví dụ +A1+A2 + Trừ: sử dụng “-“, ví dụ +A1-A2 + Nhân: sử dụng “*”, ví dụ +A1*A2 + Chia: sử dụng “/”, ví dụ +A1/A2 + Mũ: sử dụng “^”, ví dụ +A1^4 + Lũy thừa: sử dụng “!”, ví dụ +A1! + Căn bậc hai: sử dụng “@SQRT”, ví dụ @SQRT(A1) Các dấu ngoặc kép bắt buộc chức nâng cao HYSYS Chúng sử dụng để thiết lập trình tự tính tốn + Sin, Cos, Tang: sử dụng @sin, @cos, @tan, ví dụ: sin(A2) Các hàm lượng giác ngược sử dụng, @asin, @acos, and @atan Các hàm Hyperbolic có HYSYS, @sinh, @cosh, and @tanh + Hàm logarit có dạng sau: @ln, @log, @exp + Pi đơn giản cần "+pi" biểu diễn số 3.1416 Logical Operatiors Spreadsheet hỗ trợ tính tốn logic Boolean, có dạng logic đúng/sai Câu lệnh có giá trị 1, câu lệnh sai có giá trị www.thuvien247.net Ví dụ phần tử A1 có giá trị 10, phần tử A2 có giá trị Nếu câu lệnh logic +A1”, ví dụ +A!>A2 + Nhỏ hơn: sử dụng “=A2 + Nhỏ bằng: sử dụng “