1. Khởi động chương trình HYSYS 2. Mở New Case
3. Xây dựng cơ sở mô phỏng
Trong giao diện Simulation Basis Manager (xem trong chương 2 đã trình bày chi tiết), nhập các thông tin như trong bảng sau:
Trong trang… Chọn…
Property Package Peng-Robinson (PR)
Components C1, C2, C3, n-C4, i-C4, i-C5, n-C5, n-C6, C7+
Cấu tử C7+
không t n tại trong danh sách các cấu tử vì thế phải tạo một cấu tử mới và sử dụng Hypothetical
4. Tạo cấu tử mới
Bấm vào menu Hypothetical, sau đó bấm phím Add Component để thêm cấu tử mới vào danh sách (hình 5.1).
Bấm vào phím Quick Create Hypo Component để tạo một cấu tử giả mới. Cấu tử giả có thể sử dụng để mô hình các cấu tử không có trong danh sách, một hỗn hợp đã biết hoặc chưa biết, hoặc một chất rắn. Trong trường hợp này có thể sử dụng cấu tử giả để xác định hỗn hợp khí bao g m các cấu tử nặng hơn hexan.
Trong giao diện vừa xuất hiện (hình 5.2), bấm vào ID tab và đặt tên cho cấu tử vừa tạo ra là C7+
.
Khi không biết cấu trúc của cấu tử giả định và đang xây dựng mô hình hỗn hợp, sẽ không sử dụng phím Structure Builder.
Chuyển sang Critical tab (hình 5.3). Chỉ cần cung cấp thông tin cho cấu tử
C7+ trong ô Normal Boiling Pt là 110ºC (230oF).
Bấm vào phím Estimate Unknown Props để ước tính tất cả các tính chất còn lại và cấu tử giả định đã hoàn toàn được xác định.
Hình 5.2. Giao diện tạo C7+ Hình 5.3. Giao diện tạo C7+
Tối thiểu cần cung cấp để xác định cấu tử giả định là Normal Boiling Pt hoặc
Khi cấu tử giả đã được xác định, đóng cửa sổ giao diện tạo C7+ để quay trở về giao diện Fluid Package.
Nhập thêm cấu tử giả vào danh sách Select Component bằng cách chọn C7+ trong danh sách Available Hypo Component, sau đó bấm vào phím Add Hypo (hình 5.4).
Mỗi cấu tử giả định là một phần của Hypo Groups. Cấu tử mới tạo thành được mặc định đưa vào HypoGroup1. Có thể nhập thêm các Groups mới và di
chuyển các cấu tử giữa các nhóm. Điều này được thực hiện trong Hypotheticals
tab của Simulation Basis Manager.
So sánh các tính chất của C7+ với C7 và C8
C7+ C7 C8
Normal Boiling Point Ideal Liquid Density Molecular Weight
(adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hình 5.4. Giao diện nhập thêm cấu tử giả định C7+
Nên nhập thêm các cấu tử C7 và C8 vào danh sách để so sánh tính chất của nó với cấu tử giả định. Sau khi so sánh phải xóa C7 & C8 để bắt đầu mô phỏng.
Khi đã hoàn thành, bấm vào phím Enter Simulation Environment, bây giờ đã sẵn sàng để bắt đầu mô phỏng.
5. Khởi tạo dòng (Installing a Stream)
Có một vài cách để khởi tạo dòng:
Bấm phím F11. Hiển thị giao diện thuộc tính của dòng.
Hoặc nhắp đúp vào biểu tượng Stream trong Object Palette
Khởi tạo dòng vật liệu với các thông tin cho trong bảng sau:
Trong ô này… Nhập thông tin …
Name Natural Gas
Temperature 100oC
Pressure 1 bar
Molar Flow 100 kgmole/h
Component Mole Fraction
C1 0.330 C2 0.143 C3 0.101 i-C4 0.098 n-C4 0.080 i-C5 0.069 n-C5 0.059 n-C6 0.078 C7+ 0.042 6. Thiết lập máy nén
Có một vài cách để khởi tạo thiết bị mô phỏng (xem chi tiết chương 4): Bấm phím nóng F12. Chọn thiết bị cần sử dụng trong nhóm thiết bị Available Unit operations group. Hoặc nhắp đúp vào biểu tượng thiết bị trong Object Palette.
Trong Connection page của Design tab trên giao diện thuộc tính của máy nén (Compressor) nhập các thông tin cho trong bảng sau:
Trong ô này… Nhập thông tin …
Name Compressor
Feed Natural Gas
Outlet Comp Out
Energy Work
Giao diện nhận được như trong hình 5.5.
Chuyển sang Parameters page. Đổi Adiabatic Efficiency là 30% (hình 5.6)
Chuyển sang Worksheet tab. Trên Conditions page, điền thông tin như
trong hình 5.7. Nhập giá trị Pressure của dòng Comp Out bằng 5 bar.
Hình 5.5. Giao diện Compressor – Design tab – Connections page
Các page
Các tab
Nhiệt độ dòng khí ra khỏi Compressor là bao nhiêu ?________________ (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
7. Lưu vào thư mục xác định
Vào File
Vào Save as
Đặt tên file là Compressor và bấm phím OK
5.3. Thảo luận
Qua ví dụ này nhận thấy rằng Compressor có thể làm tăng nhiệt độ của dòng khí. Trong trường hợp này Compressor chỉ hoạt động ở 30% công suất định mức, làm tăng nhiệt độ dòng khí lên 165,3o
C. Công suất của Compressor càng nhỏ, thì sẽ làm nhiệt độ của dòng khí nén tăng lên càng lớn.
5.4. Tóm tắt và ôn tập chƣơng 5
Tìm được nhiệt độ dòng ra khi biết công suất của Compressor. Máy nén chủ yếu dùng để vận chuyển khí. Trong chương này đã sử dụng Compressor để mô phỏng quá trình nén. Biết cách khai báo các tham số của một
Compressor.
Tìm được nhiệt độ dòng ra khi biết công suất của Compressor.
5.5. Bài tập nâng cao
Nếu nhiệt độ dòng ra là 400°C thì công suất của máy nén là bao nhiêu?___
Chƣơng 6
TUỐCBIN GIÃN NỞ KHÍ (EXPANDER)
Nội dung
Giải quyết bài toán tìm nhiệt độ đầu ra của expander khi biết công suất. Thực hành với expander trong HYSYS để mô phỏng quá trình giãn khí. Xác định nhiệt độ
đầu ra khi biết công suất và ngược lại
Expander được sử dụng làm giảm áp suất của dòng khí vào có áp suất cao và
tạo dòng khí sản phẩm ra có áp suất thấp và tốc độ cao. Quá trình giãn nở là quá trình chuyển đổi nội năng của khí thành động năng và sinh công. Expander sẽ tính
toán hoặc là tính chất của dòng hoặc là công suất giãn nở.
Tùy vào thông tin được cung cấp, có một vài phương pháp tính toán. Nói chung, tính toán sự phụ thuộc của lưu lượng dòng, sự thay đổi áp suất, năng lượng, và công suất. Expander tính toán rất linh động tùy theo các thông tin được khai báo
ban đầu. Cần phải đảm bảo không có quá nhiều thông tin hoặc thông tin mâu thu n.
Mục tiêu
Sau khi học xong người sử dụng có thể:
Thực hành với expander để mô phỏng quá trình giãn khí trong HYSYS
Xác định công suất giãn khí và nhiệt độ của dòng ra.
Yêu cầu
Trước khi học chương này người sử dụng cần phải biết:
Cách khởi động HYSYS (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Lựa chọn cấu tử.
Xác định và chọn hệ nhiệt động (fluid package).
6.1. Bài toán
Expander dùng để giảm áp suất của một dòng khí vào cao áp và tạo dòng khí
sản phẩm ra có áp suất thấp và vận tốc lớn. Hỗn hợp khí g m metan, etan, và propan ở nhiệt độ 25ºC, áp suất 20 bar, được đưa vào expander với công suất 30% định
mức. Lưu lượng dòng khí là 100 kgmol/h, áp suất ra khỏi expander là 5 bar. Sử dụng phương trình Peng-Robinson, xác định nhiệt độ đầu ra của hỗn hợp khí.
6.2. Tiến hành mô phỏng tuốcbin giãn nở khí
1. Xác định fluid package theo các thông tin cho trong bảng.
Trong trang… Chọn…
Property Package Peng-Robinson (PR) Components C1, C2, C3
Bấm vào phím Enter Simulation Environment
2. Thiết lập dòng vật liệu
Trong ô … Nhập thông tin …
Name Natural Gas
Temperature 25oC
Pressure 20 bar
Molar Flow 100 kgmole/h
Component Mole Fraction
C1 0.500
C2 0.300
C3 0.200
3. Thiết lập Expander
Nhắp đúp vào Expander trong Object Palette
Trong Connections page nhập các thông tin cho trong bảng dưới
Trong ô… Nhập thông tin…
Name Expander
Feed Natural Gas
Outlet Out
Giao diện thuộc tính của Expander, trong Design tab – Connections page
như trong hình 6.1. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Chuyển sang Parameters page, thay đổi Adiabatic Efficiency là 30% (như trong hình 6.2).
Hình 6.1. Expander – Design tab – Connections page
Chuyển sang Worksheet tab, trong Conditions page nhập giá trị áp suất cho dòng ra là 5 bar. Khi hoàn thành khai báo các thông tin ban đầu, giao diện
Worksheet như trong hình 6.3.
Nhiệt độ dòng ra khỏi expander là bao nhiêu?________________________
4. Lưu vào thư mục xác định (Save)
Vào File
Vào Save as
Đặt tên file là Expander và bấm phím OK
6.3. Thảo luận
Khi thực hiện giãn nở khí bằng Expander có thể làm giảm nhiệt độ của dòng khí. Trong trường hợp này, công suất của Expander là 30% định mức thì nhiệt độ
dòng khí tự nhiên giảm 31o
C. Nếu công suất của Expander càng nhỏ thì nhiệt độ
dòng khí được giãn nở sẽ giảm càng ít.
6.4. Tóm tắt và ôn tập chƣơng 6
Tìm nhiệt độ dòng ra khi biết công suất của expander
Biết cách thao tác với expander trong HYSYS để mô phỏng tính toán quá
trình giãn nở khí.
6.5. Bài tập nâng cao
Công suất của expander là bao nhiêu khi nhiệt độ đầu ra là – 30o
C?
Chƣơng 7
THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT
Nội dung
Trong chương này sẽ giải quyết vấn đề tìm lưu lượng dòng lạnh qua thiết bị trao đổi nhiệt ở điều kiện đã cho. Thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống và vỏ trong HYSYS được sử dụng để mô phỏng quá trình. Heat Exchanger thực hiện tính toán
cân bằng vật chất và cân bằng năng lượng. Heat Exchanger là một thiết bị rất linh
hoạt, có thể tính toán với nhiệt độ, áp suất, dòng nhiệt (bao g m cả tổn thất và mất mát nhiệt), lưu lượng các dòng vật chất hoặc hệ số trao đổi nhiệt UA.
Trong HYSYS, có thể chọn Heat Exchanger Model (mô hình trao đổi nhiệt) để phân tích. Các mô hình bao g m: mô hình End Point Model, mô hình trao đổi
nhiệt ngược chiều lý tưởng Ft = 1 Weighted Design Model, phương pháp Steady State Rating và phương pháp Dynamic Rating được sử dụng trong mô phỏng động. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Phương pháp Dynamic Rating c ng được coi như phương pháp cơ bản và có thể
được sử dụng trong mô phỏng tĩnh để đánh giá quá trình trao đổi nhiệt.
Mục tiêu
Sau khi học xong có thể:
Sử dụng thiết bị trao đổi nhiệt trong HYSYS để mô hình hoá quá trình truyền nhiệt
Yêu cầu
Trước khi học chương này người sử dụng cần phải biết:
Cách khởi động HYSYS.
Lựa chọn cấu tử.
Xác định và chọn hệ nhiệt động (fluid package).
7.1. Bài toán
Nước nóng ở 250oC và 1000 psi được sử dụng để gia nhiệt dòng nước lạnh trong thiết bị trao đổi nhiệt Heat Exchanger. Dòng vào có nhiệt độ 25oC và áp suất là 130 psi. Nhiệt độ dòng lạnh và dòng nóng ra khỏi thiết bị lần lượt là 150o
C và 190oC. Nếu lưu lượng dòng nóng là 100 kg/h, tính lưu lượng dòng lạnh đi qua thiết bị trao đổi nhiệt.
7.2. Tiến hành mô phỏng quá trình trao đổi nhiệt
Sử dụng thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống và vỏ (shell and tube Heat
Exchanger) để mô phỏng quá trình.
Khai báo các tham số dòng vào, dòng ra đã được nêu trong bài toán.
Tính lưu lượng khối lượng dòng lạnh.
Xác định cấu tử và phương trình trạng thái sử dụng trọng fluid package
Thiết lập dòng và thiết bị Heat Exchanger
1. Xác định cơ sở mô phỏng
Nhập các cấu tử và phương trình trạng thái như cho trong bảng sau
Giao diện Lựa chọn
Components page H2O
Property Package page Peng-Robinson
Bấm phím Enter Simulation Environment.
2. Thiết lập dòng vật chất
Thiết lập hai dòng vật chất với các thông số sau:
Trong ô… Nhập thông tin…
Name Tube in Shell in (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Temperature 250oC 25oC
Pressure 1000 psi 130 psi
Mass Flow 100 kg/h <empty> Compositions H2O 100% H2O 100%
3. Thiết lập Heat Exchanger
Heat Exchanger thực hiện tính toán cân bằng vật chất và cân bằng năng
lượng, vì thế có thể tính toán với nhiệt độ, áp suất, dòng nhiệt (bao g m cả tổn thất và mất mát nhiệt), lưu lượng các dòng vật chất và hệ số trao đổi nhiệt UA.
Bấm vào biểu tượng Heat Exchanger trong Object Palette
Trong Connections page, nhập các thông tin như trong hình 7.1
Tương tự với Parameters page (điền các thông số như hình 7.2). Độ
giảm áp Delta P của Tube and Shell sides (ống và vỏ thiết bị) là 0 kPa.
Hình 7.2. Heat Exchanger – Design tab – Parameters page Hình 7.1. Heat Exchanger – Design tab – Connections page
Vào Worksheet tab, trong Conditions page, nhập các thông tin như hình
7.3. Nhiệt độ của Tube out và Shell out lần lượt là 190oC và 150oC.
Hãy cho biết lưu lượng khối lượng của dòng lạnh là bao nhiêu? _________
4. Lưu Case
Vào File menu.
Chọn Save As.
Đặt tên file là Heat Exchanger sau đó bấm phím OK.
7.3. Thảo luận
Tại điều kiện đã cho và lưu lượng dòng nóng là 100 kg/h, lưu lượng dòng lạnh qua thiết bị trao đổi nhiệt vào khoảng 55.21 kg/h.
7.4. Tóm tắt và ôn tập chƣơng 7
Trong chương này, yêu cầu sử dụng Heat Exchanger và tìm lưu lượng dòng lạnh đi qua thiết bị trao đổi nhiệt ở điều kiện đã cho.
7.5. Bài tập nâng cao
Nếu lưu lượng dòng lạnh là 100 kg/h, xác định lưu lượng dòng nóng. Nhiệt lượng trao đổi giữa hai dòng là bao nhiêu?
Chƣơng 8
THÁP TÁCH
Nội dung
Chương này giải quyết vấn đề tìm lưu lượng của dòng lỏng và dòng hơi qua tháp tách hai pha (Flash Separator). Trong mô phỏng tĩnh, Separator phân chia hỗn
hợp hai pha trong tháp thành pha lỏng và pha hơi. Hai pha lỏng và hơi được phân tách trong tháp sau khi đã đạt trạng thái cân bằng
Flash Separator thực hiện tính toán xác định các tham số sản phẩm và thành (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
phần pha. Áp suất của quá trình tách là áp suất thấp nhất của nguyên liệu trừ đi độ giảm áp qua tháp tách. Entanpy bao g m entanpy của dòng nguyên liệu và dòng
năng lượng (giá trị mang dấu cộng nếu được đun nóng, mang dấu trừ nếu được làm lạnh).
Separator có khả năng tính toán kết quả ngược lại. Ngoài việc áp dụng tính
toán theo tiêu chuẩn (dòng nguyên liệu vào tháp đã khai báo thông tin đầy đủ, được tách tại áp suất và entanpy của tháp tách), Separator còn có thể sử dụng thành phần
đã biết của một dòng sản phẩm để tính toán thành phần của dòng sản phẩm còn lại và dựa trên cân bằng vật chất của dòng nguyên liệu vào.
Mục tiêu
Sau khi học xong có thể:
Sử dụng thiết bị Flash Separator trong HYSYS để mô hình hoá quá trình
tách pha
Yêu cầu
Trước khi học chương này người sử dụng cần phải biết:
Cách khởi động HYSYS.
Lựa chọn cấu tử.
Xác định và chọn hệ nhiệt động (fluid package).
8.1. Bài toán
Dòng vật chất bao g m 15% etan, 20% propan, 60% i-butan, 5% n-butan ở
50oF và áp suất khí quyển, lưu lượng 100 lbmol/h. Nén dòng đến 50 psi sau đó làm lạnh đến 32oF. Sản phẩm là dòng hơi và dòng lỏng được tách ra. Tính lưu lượng và thành phần của hai dòng sản phẩm này.
8.2. Thực hiện mô phỏng quá trình tách pha
1. Xây dựng cơ sở mô phỏng
Nhập các cấu tử và phương trình trạng thái:
Trong giao diện … Lựa chọn…
Property Package page Peng-Robinson
Components page Ethane, propane, i-butane, n-butane
Bấm phím Enter Simulation Environment khi đã sẵn sàng thực hiện mô phỏng
2. Thiết lập dòng vật chất
Thiết lập dòng vật chất với các giá trị sau:
Trong ô… Nhập thông tin…
Name Gas
Temperature 50oF
Pressure 1 atm (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Molar Flow 100 lbmole/h
Compositions Ethane-15%
Propane-20% i-butane-60% n-butane-5%
3. Thiết lập Compressor
Bấm vào biểu tượng Compressor trong Object Palette.
Hình 8.1. Compressor – Design tab - Connections page
Trong Worksheet tab, Conditions page, nhập các thông tin như hình 8.2. Áp
suất của dòng Comp Gas là 50 psi(344.7 kPa).
Hình 8.2. Compressor - Worksheet tab - Conditions page
4. Thiết lập Cooler
Trong Connections page, nhập các thông tin như trong hình 8.3.
Hình 8.3. Cooler -Design tab – Connections page