Hysys trong mô phỏng công nghệ hóa học
Hysys trong mô phỏng
Công nghệ hóa học
LỜI GIỚI THIỆU
Hiện nay trong lĩnh vực công nghệ hoá học có rất nhiều phần mềm mô phỏng
của các công ty phần mềm đã được phát triển và sử dụng rộng rãi trong tính toán
công nghệ, như: PRO/II, Dynsim (Simsci); HYSIM, HYSYS, HTFS, STX/ACX,
BDK (AspenTech); PROSIM, TSWEET (Bryan Research & Engineering); Design II
(Winsim); IDEAS Simulation; Simulator 42…, trong đó phổ biến nhất là PRO II,
Dynsim (Simsci) và HYSYS (AspenTech).
Sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ hoá học trong thế kỷ 21, đòi hỏi mỗi
kỹ sư công nghệ cần phải hiểu và sử dụng thành thạo ít nhất một trong số các phần
mềm mô phỏng phổ biến trên.
HYSYS có cơ sở nhiệt động học rất vững chắc và đầy đủ, khả năng thiết kế
linh hoạt, cùng với mức độ chính xác và tính thiết thực của các hệ nhiệt động cho
phép thực hiện các mô hình tính toán rất gần với thực tế công nghệ.
HYSYS là công cụ mô phỏng công nghệ rất mạnh phục vụ cho nghiên cứu
tính toán thiết kế công nghệ của các kỹ sư trên cơ sở hiểu biết về các quá trình công
nghệ hoá học. HYSYS đáp ứng các yêu cầu công nghệ nền tảng cơ bản cho mô hình
hoá và mô phỏng các quá trình công nghệ từ khai thác tới chế biến trong các nhà
máy xử lý khí và nhà máy làm lạnh sâu, cho đến các quá trình công nghệ lọc hoá dầu
và công nghệ hoá học.
HYSYS rất mạnh trong mô phỏng tĩnh. Ở mức độ cơ bản, việc hiểu biết và
lựa chọn đúng các công cụ mô phỏng và các cấu tử cần thiết , cho phép mô hình hoá
và mô phỏng các quá trình công nghệ một cách phù hợp và tin cậy. Điều quan trọng
nhất là phải hiểu biết sâu sắc quá trình công nghệ trước khi bắt đầu thực hiện mô
phỏng, bởi vì HYSYS chỉ là công cụ phục vụ cho mô phỏng tính toán công nghệ, nó
không thể suy nghĩ thay cho các kỹ sư.
HYSYS được chú trọng thiết kế đặc biệt cho một số điểm trọng yếu nhằm hỗ
trợ các kỹ sư thực hiện mô phỏng hiệu quả. Khả năng ứng dụng và sử dụng hiệu quả
là hai tính năng vượt trội của HYSYS, đã và đang tiếp tục được phát triển.
HYSYS là chương trình mô phỏng công nghệ hóa học đang được sử dụng
rộng rãi trong các trường đại học công nghệ. Quyển sách này sẽ giới thiệu cho sinh
viên lần đầu tiên sử dụng HYSYS và có ít hoặc chưa có kinh nghiệm mô phỏng trên
máy tính, và cũng là giáo trình dành cho sinh viên năm thứ ba của các trường đại
học công nghệ, đồng thời quyển sách có thể sử dụng như một chỉ dẫn cho các khóa
học cao hơn trong công nghệ hóa học, khi đó HYSYS như một công cụ mô phỏng để
giải quyết các vấn đề công nghệ. Hơn nữa có thể sử dụng quyển sách này đồng thời
cho cả sinh viên và kỹ sư thực hành, như một tài liệu hướng dẫn hay một quyển sổ
tay cho các khóa học HYSYS.
HYSYS là chương trình mô phỏng rất phức tạp và vì thế trong một cuốn sách
không thể đề cập đến tất cả các vấn đề. Quyển sách này đặt trọng tâm vào phần cơ
bản của HYSYS, nhằm giúp cho những sinh viên lần đầu tiên làm quen với mô
phỏng có thể nắm bắt được và dần dần sử dụng thành thạo trong tính toán thiết kế
công nghệ.
Phần mềm HYSYS chạy trong môi trường Windows có giao diện thân thiện
với người sử dụng. HYSYS cũng giống như tất cả các phần mềm khác luôn luôn có
sự phát triển phiên bản mới, tuy nhiên phần cơ bản hầu như không thay đổi từ phiên
bản này đến phiên bản khác, quyển sách này hướng dẫn sử dụng HYSYS 2004.1,
được cung cấp có bản quyền tại phòng thí nghiệm Công nghệ Lọc Hoá dầu và Vật
liệu xúc tác trường Đại học Bách khoa Hà Nội. Sau khi cài đặt người sử dụng chỉ
cần có hiểu biết cơ bản về máy tính là có thể sử dụng được.
Quyển sách này được hoàn thành với sự tham gia rất nhiệt tình của các sinh
viên năm cuối chuyên ngành Công nghệ Hữu cơ Hoá Dầu, trường Đại học Bách
khoa Hà Nội - các trợ giảng - đã làm việc rất nghiêm túc và có kết quả.
Quyển sách này được biên soạn lần đầu nên không tránh khỏi thiếu sót , rất
mong nhận được sự góp ý của những người sử dụng để sửa chữa bổ sung cho những
lần tái bản sau được tốt hơn. Xin chân thành cảm ơn.
Tác giả
MỤC LỤC
Lời giới thiệu ............................................................................................................... 3
Chương 1
GIỚI THIỆU VỀ MÔ PHỎNG .................................. 9
1.1. Mục đích của mô phỏng ........................................................................................ 9
1.2. Giới thiệu HYSYS............................................................................................... 11
Chương 2
BẮT ĐẦU VỚI HYSYS ..................................... 13
2.1. Bắt đầu với HYSYS ............................................................................................ 14
2.2. Quản lý cơ sở mô phỏng ...................................................................................... 14
2.3. Bắt đầu mô phỏng ............................................................................................... 15
2.4. Nhập các cấu tử ................................................................................................... 16
2.5. Lựa chọn Hệ nhiệt động (Fluids Package) ........................................................... 17
2.6. Lựa chọn mô hình nhiệt động .............................................................................. 18
2.7. Vào môi trường mô phỏng ................................................................................... 20
2.8. Khởi tạo dòng vật chất ......................................................................................... 22
2.9. Tóm tắt và ôn tập chương 2 ................................................................................. 27
2.10. Bài tập ............................................................................................................... 27
Chương 3
PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI ............................ 29
3.1. Phương trình trạng thái – Các biểu thức toán học................................................. 30
3.2. Thực hiện mô phỏng ............................................................................................ 30
3.3. Tóm tắt và ôn tập chương 3 ................................................................................. 38
3.4. Bài tập ................................................................................................................. 39
Chương 4
BƠM .................................................... 40
4.1. Bài toán ............................................................................................................... 41
4.2. Tiến hành mô phỏng bơm .................................................................................... 41
4.3. Thảo luận ............................................................................................................ 46
4.4. Tóm tắt và ôn tập chương 4 ................................................................................. 46
4.5. Bài tập nâng cao .................................................................................................. 46
Chương 5
MÁY NÉN ................................................ 47
5.1. Bài toán ............................................................................................................... 48
5.2. Tiến hành mô phỏng máy nén .............................................................................. 48
5.3. Thảo luận ............................................................................................................ 53
5.4. Tóm tắt và ôn tập chương 5 ................................................................................. 53
5.5. Bài tập nâng cao .................................................................................................. 53
Chương 6
TUỐCBIN GIÃN NỞ KHÍ (EXPANDER) ................... 54
6.1. Bài toán ............................................................................................................... 55
6.2. Tiến hành mô phỏng tuốcbin giãn nở ................................................................... 55
6.3. Thảo luận ............................................................................................................ 57
6.4. Tóm tắt và ôn tập chương 6 ................................................................................. 57
6.5. Bài tập nâng cao ................................................................................................... 57
Chương 7
THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT................................ 58
7.1. Bài toán ............................................................................................................... 59
7.2. Tiến hành mô phỏng quá trình trao đổi nhiệt ........................................................ 59
7.3. Thảo luận ............................................................................................................ 61
7.4. Tóm tắt và ôn tập chương 7 ................................................................................. 61
7.5. Bài tập nâng cao .................................................................................................. 61
Chương 8
THÁP TÁCH .............................................. 62
8.1. Bài toán ............................................................................................................... 63
8.2. Thực hiện mô phỏng quá trình tách pha ............................................................... 63
8.3. Tóm tắt và ôn tập chương 8 ................................................................................. 68
8.4. Bài tập nâng cao .................................................................................................. 68
Chương 9
PHẢN ỨNG CHUYỂN HOÁ .................................. 69
9.1. Bài toán ............................................................................................................... 70
9.2. Thực hiện mô phỏng quá trình phản ứng chuyển hoá ........................................... 70
9.3. Tóm tắt và ôn tập chương 9 ................................................................................. 76
Chương 10
PHẢN ỨNG CÂN BẰNG ................................ 77
10.1. Bài toán ............................................................................................................. 78
10.2. Thực hiện mô phỏng quá trình phản ứng cân bằng ............................................. 78
10.3. Tóm tắt và ôn tập chương 10 ............................................................................. 87
Chương 11
THIẾT BỊ PHẢN ỨNG KHUẤY LIÊN TỤC (CSTR) .......... 88
11.1. Thiết lập một Session Preference mới ................................................................ 89
11.2. Khởi tạo Hệ đơn vị đo mới (Unit Set) ................................................................. 89
11.3. Thực hiện mô phỏng thiết bị phản ứng khuấy liên tục ........................................ 91
11.4. Tóm tắt và ôn tập chương 11 ............................................................................ 100
Chương 12
THÁP HẤP THỤ ......................................... 101
12.1. Bài toán .................................................................................................................... 102
12.2. Thực hiện mô phỏng quá trình hấp thụ ............................................................. 102
12.3. Tóm tắt và ôn tập chương 12 ........................................................................... 109
12.4. Bài tập nâng cao .............................................................................................. 110
Chương 13
THÁP CHƯNG LUYỆN .................................... 111
Sơ đồ công nghệ ....................................................................................................... 112
Tháp tách metan DC1 ............................................................................................... 113
Tháp tách etan DC2.................................................................................................. 114
Tháp tách propan DC3 ............................................................................................. 115
13.1. Thực hiện mô phỏng quá trình ......................................................................... 115
13.2. Tóm tắt và ôn tập chương 13 ........................................................................... 126
Chương 14
CÁC BÀI TẬP ........................................... 127
14.1. Bài tập 1. Quá trình có thiết bị phản ứng và tháp tách pha ................................ 128
14.2. Bài tập 2: Cải tiến quá trình của bài tập 1......................................................... 129
14.3. Bài tập 3: Quá trình có sử dụng công cụ logic Recycle .................................... 130
14.4. Bài tập 4: Sản xuất etylen oxit ......................................................................... 132
14.5. Bài tập 5: Chưng luyện .................................................................................... 133
GIẢI NGHĨA MỘT SỐ CỤM TỪ TIẾNG ANH TRONG MÔ PHỎNG ............ 135
TÀI LIỆU THAM KHẢO...................................................................................... 136
Chương 1
GIỚI THIỆU VỀ MÔ PHỎNG
1.1. Mục đích của mô phỏng
Mô phỏng – Simulation là phương pháp mô hình hoá dựa trên việc thiết lập
mô hình số, vì vậy còn được gọi là Digital Simulation. Đây là một công cụ rất mạnh
để giải các biểu thức toán học mô tả các quá trình công nghệ hoá học. Để mô phỏng
một quá trình trong thực tế đòi hỏi trước hết phải thiết lập mô hình nguyên lý của
quá trình và mối liên hệ giữa các thông số liên quan. Tiếp đó là sử dụng các công cụ
toán học để mô tả mô hình nguyên lý, lựa chọn các thuật toán cần thiết. Cuối cùng là
tiến hành xử lý các biểu thức với các điều kiện ràng buộc.Trong thực tế việc tính
toán gặp hai khó khăn. Thứ nhất đó là giải hệ các phương trình đại số phi tuyến
(thường phải sử dụng phương pháp tính lặp). Thứ hai là phép tính tích phân của các
biểu thức vi phân (sử dụng các biểu thức vi phân hữu hạn rời rạc để xấp xỉ các biểu
thức vi phân liên tục). Các mô hình toán học rất hữu ích trong tất cả các giai đoạn, từ
nghiên cứu triển khai đến cải tiến phát triển nhà máy, và ngay cả trong nghiên cứu
các khía cạnh thương mại và kinh tế của quá trình công nghệ.
Trong nghiên cứu công nghệ, dựa trên các số liệu nghiên cứu về cơ chế và
động học của phản ứng trong phòng thí nghiệm hoặc các phân xưởng pilot, đánh giá
ảnh hưởng của các điều kiện tiến hành quá trình để nghiên cứu tối ưu hoá và điều khiển
quá trình, bao gồm cả nghiên cứu tính toán mở rộng quy mô sản xuất (scale-up).
Trong nghiên cứu thiết kế, tính toán kích thước và các thông số của thiết bị
và toàn bộ dây chuyền công nghệ, đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố động học,
nghiên cứu tương tác ảnh hưởng lẫn nhau của các công đoạn trong công nghệ khi có
sự tuần hoàn nguyên liệu hoặc trao đổi nhiệt tận dụng tối ưu nhiệt của quá trình. Mô
phỏng tính toán điều khiển quá trình, khởi động, dừng nhà máy, xử lý các sự cố và
các tính huống xảy ra trong quá trình vận hành nhà máy.
Một quá trình công nghệ hoá học trong thực tế là một tập hợp gồm rất nhiều
yếu tố hết sức phức tạp có ảnh hưởng lẫn nhau (các thông số công nghệ như nhiệt
độ, áp suất, lưu lượng dòng, thành phần hỗn hợp phản ứng, xúc tác, các quá trình
phản ứng song song và nối tiếp, hiệu ứng nhiệt của phản ứng, cân bằng pha trong hệ
thống,…). Độ phức tạp của quá trình tăng lên, đồng nghĩa với số lượng các thông số
liên quan, các biến số, các phương trình, các biểu thức toán học, các điều kiện ràng
buộc tăng lên. Giải quyết đồng thời các vấn đề trên đòi hỏi một khối lượng tính toán
3
cực kỳ lớn, việc tính toán bằng tay đòi hỏi rất nhiều thời gian và hầu như là không
thể thực hiện được một cách chính xác và tin cậy.
Ngày nay với sự phát triển của công nghệ phần mềm tin học, sự ra đời của
các phần mềm mô phỏng, việc nghiên cứu tính toán thiết kế công nghệ bằng phương
pháp mô phỏng đang ngày càng phát triển, đã trở nên phổ biến và chiếm ưu thế. Mô
phỏng công nghệ bằng các phần mềm mô phỏng với sự trợ giúp của máy vi tính là
giải pháp hiệu quả, toàn diện và cho kết quả tin cậy.
Trong ngành công nghệ hoá học, mô phỏng đóng vai trò vô cùng quan trọng
trong việc nghiên cứu thiết kế công nghệ, phân tích, vận hành và tối ưu hoá hệ
thống, điều khiển các quá trình công nghệ gần với các quá trình trong thực tế, và cả
trong các nghiên cứu tính toán tối ưu hoá về mặt kinh tế của quá trình công nghệ.
Chương trình mô phỏng nói chung bao gồm các thành phần sau:
Thư viện cơ sở dữ liệu (các hệ nhiệt động, các cấu tử bao gồm các tính
chất vật lý và hoá lý của chúng,…) và các thuật toán liên quan đến việc
truy cập và tính toán các tính chất hoá lý của các cấu tử và hỗn hợp cấu tử,
thiết lập các cấu tử giả. Có thể bổ sung các cấu tử, hoặc thay đổi các hệ
đơn vị trong chương trình đáp ứng yêu cầu của người sử dụng.
Các công cụ mô phỏng cho các thiết bị có thể có trong hệ thống công nghệ
hoá học như: bơm, máy nén, tuốcbin giãn nở khí, thiết bị trao đổi nhiệt,
tháp tách hai pha và ba pha, chưng cất, hấp thụ, trộn dòng và chia
dòng…Phần này có chứa các mô hình toán và thuật toán phục vụ cho quá
trình tính toán các thông số của thiết bị và các thông số công nghệ của quá
trình công nghệ được mô phỏng.
Các công cụ logic phục vụ cho việc tính toán tuần hoàn nguyên liệu, thiết
lập các thông số công nghệ, điều chỉnh các thông số theo yêu cầu công
nghệ, tính toán cân bằng vật chất và cân bằng năng lượng, tính toán cân
bằng pha,…
Các công cụ mô phỏng các quá trình điều khiển (điều khiển nhiệt độ, điều
khiển áp suất, điều khiển lưu lượng dòng, điều khiển mức chất lỏng...)
trong quá trình vận hành quy trình công nghệ hoá học.
Chương trình điều hành chung toàn bộ hoạt động của các công cụ mô
phỏng và ngân hàng dữ liệu.
4
Chương trình xử lý thông tin: lưu trữ, xuất, nhập, in… dữ liệu và kết quả
tính toán được từ quá trình mô phỏng.
Hỗ trợ việc kết nối giữa các chương trình mô phỏng khác nhau, kết nối với
các module xây dựng các thiết bị đặc biệt do người sử dụng tạo ra bằng
các ngôn ngữ lập trình như Visual Basic, Visual C++, …
1.2. Giới thiệu HYSYS
HYSYS là sản phẩm của công ty AspenTech – Canada. HYSYS là phần mềm
chuyên dụng để tính toán mô phỏng công nghệ chế biến dầu khí và công nghệ hoá
học. HYSYS là phần mềm có khả năng tính toán đa dạng, cho kết quả có độ chính
xác cao, đồng thời cung cấp nhiều thuật toán sử dụng, trợ giúp trong quá trình tính
toán công nghệ, khảo sát các thông số trong quá trình thiết kế nhà máy chế biến dầu
khí và tổng hợp hoá dầu.
Ngoài thư viện có sẵn, HYSYS cho phép người sử dụng tạo các thư viện
riêng hoặc cho phép liên kết với các chương trình tính toán hoặc các phần mềm khác
như Microsoft Visual Basic, Microsoft Excel,Visio, C ++, Java… Khả năng nổi bật
của HYSYS là tự động tính toán các thông số còn lại nếu thiết lập đủ thông tin do đó
sẽ tránh được sai sót và có thể thay đổi các điều kiện cũng như sử dụng các dữ liệu
đầu vào khác nhau.
HYSYS được thiết kế sử dụng cho hai trạng thái mô phỏng là mô phỏng động
và mô phỏng tĩnh. Mô phỏng tĩnh (Steady Mode) được sử dụng để nghiên cứu thiết
kế công nghệ cho một quá trình, tối ưu hoá các điều kiện công nghệ. Với mỗi một bộ
số liệu ban đầu, mỗi điều kiện công nghệ xác định thì khi quá trình tính toán hội tụ,
kết quả thu được tương ứng với các điều kiện đó mà không thay đổi theo thời gian.
Khi thay đổi các điều kiện ban đầu hay các chế độ công nghệ khác nhau thì sẽ thu
được các kết quả khác nhau tương ứng. Từ đó có thể xác định được các yếu tố ảnh
hưởng lên quá trình và mức độ ảnh hưởng của từng yếu tố. Bằng việc so sánh các
kết quả đó sẽ lựa chọn và thiết lập được điều kiện tối ưu cho một quá trình nào đó.
Mô phỏng tĩnh được sử dụng để nghiên cứu thiết kế một quá trình công nghệ mới
hoặc tính toán cải tiến, phát triển mở rộng quy mô một quá trình công nghệ sẵn có,
đưa ra các phương án khác nhau để so sánh đánh giá nhằm tìm ra giải pháp tối ưu.
Mô phỏng động (Dynamic Mode) dùng để mô phỏng thiết bị hay quá trình ở
trạng thái đang vận hành liên tục có các thông số thay đổi theo thời gian, khảo sát sự
thay đổi các đáp ứng của hệ thống theo sự thay đổi của một vài thông số công nghệ.
Trạng thái mô phỏng động cho thấy sự ảnh hưởng của các thông số công nghệ theo
thời gian và có thể thiết lập cũng như khắc phục các sự cố có thể xảy ra khi vận hành
5
công nghệ trên thực tế, tìm ra các nguyên nhân và biện pháp giải quyết các sự cố đó.
Điều này có ý nghĩa đặc biệt quan trọng trong đào tạo các kỹ sư vận hành, hiểu biết
tường tận về công nghệ, thành thạo và có kinh nghiệm trước khi tham gia vận hành
nhà máy thực tế, trong điều kiện hiện nay các nhà máy hoá chất và dầu khí với kỹ
thuật hiện đại, vận hành ở chế độ tự động hoá rất cao.
Sử dụng HYSYS giúp giảm chi phí cho quá trình côngnghệ do có thể tối ưu
các thiết bị trong dây chuyền mà vẫn đảm bảo được yêu cầu về chất lượng sản phẩm.
HYSYS cho phép tính toán vấn đề tận dụng nhiệt, tối ưu được vấn đề năng lượng
trong quá trình sản xuất, tuần hoàn nguyên liệu nhằm tăng hiệu suất của quá trình.
HYSYS có một thư viện mở các thiết bị, các cấu tử và cung cấp phương tiện
để liên kết với các cơ sở dữ liệu khác nên cho phép mở rộng phạm vi chương trình
và rất gần với thực tế công nghệ.
HYSYS có một số lượng lớn các công cụ mô phỏng, hỗ trợ hiệu quả trong
nghiên cứu mô phỏng, với giao diện thân thiện và dễ sử dụng, đặc biệt với những
người bắt đầu làm quen với chương trình mô phỏng.
Trình tự thực hiện mô phỏng theo các bước sau đây:
1. Xây dựng cơ sở mô phỏng:
Nhập các cấu tử trong thành phần nguyên liệu
Lựa chọn hệ nhiệt động phù hợp
Khởi tạo các phản ứng
2. Xây dựng lưu trình PFD
Khai báo các tính chất và thành phần của dòng nguyên liệu
Xây dựng sơ đồ công nghệ với các thiết bị cần thiết
Cung cấp đầy đủ các tham số cần thiết cho thiết bị
3. Chạy chương trình mô phỏng
Đọc kết quả
Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ.
Trong phạm vi quyển sách này sẽ nghiên cứu tìm hiểu các thiết bị mô phỏng
trong HYSYS, sử dụng các công cụ của HYSYS để mô phỏng một số quá trình công
nghệ hoá học đơn giản, nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến chất
lượng sản phẩm. Chương cuối cùng sẽ đưa ra các bài tập vận dụng các kiến thức đã
được cung cấp trong 12 chương trước đó để mô phỏng một số quá trình công nghệ
hoá học từ đơn giản đến phức tạp. Vì vậy đòi hỏi người học phải học nghiêm túc và
6
thực hành thành thạo toàn bộ từ chương 2 đến chương 13 thì mới có thể làm được
các bài tập của chương 14 này, và sẽ thấy hết sức thú vị và hiệu quả.
7
Chương 2
BẮT ĐẦU VỚI HYSYS
Nội dung
Bắt đầu làm việc với HYSYS, cách lựa chọn các cấu tử trong hỗn hợp
nguyên liệu, và phương pháp lựa chọn hệ nhiệt động phù hợp cho mục
đích mô phỏng. Biết cách bắt đầu làm việc với HYSYS và làm quen với
các giao diện là rất quan trọng.
Cách vào và quay trở lại môi trường mô phỏng, làm quen với sơ đồ mô
phỏng. Làm quen với một vài tính năng quan trọng của HYSYS.
Cách nhập dòng vật chất cho mô phỏng. Việc xác định biến là một trong
những bước rất quan trọng cần phải được hiểu kỹ khi thao tác trong
HYSYS.
Mục tiêu
Sau khi kết thúc chương này người sử dụng có thể:
Khởi động HYSYS
Lựa chọn các cấu tử trong thành phần hỗn hợp
Xác định và lựa chọn hệ nhiệt động phù hợp
Vào và quay trở lại môi trường mô phỏng
Nhập và khai báo các tham số cho các dòng vật chất
8
2.1. Bắt đầu với HYSYS
Khởi động HYSYS bằng cách bấm vào biểu tượng của HYSYS, trên màn
hình máy tính sẽ xuất hiện giao diện như trong hình 2.1.
Hình 2.1. Giao diện mở đầu xuất hiện khi khởi động HYSYS
Trước khi thực hiện mô phỏng, HYSYS cần phải biến đổi giao diện ban đầu
này. Tại giao diện ban đầu này sẽ thực hiện lựa chọn các cấu tử cần thiết và hệ nhiệt
động phù hợp cho mô phỏng.
2.2. Quản lý cơ sở mô phỏng
Aspen HYSYS sử dụng khái niệm hệ nhiệt động (Fluid Package) bao gồm tất
cả các thông tin cần thiết để tính toán các tính chất vật lý và cân bằng pha của hỗn
hợp nhiều cấu tử. Cách tiếp cận này cho phép xác định tất cả các thông tin (các tính
chất nhiệt động, các cấu tử, các cấu tử giả định, các hệ số tương tác bậc hai, các
phản ứng hoá học, các số liệu dạng bảng,…) bên trong một gói.
Có bốn ưu điểm chính của cách tiếp cận này:
Tất cả thông tin kết nối được xác định tại một nơi cho phép tạo ra hay sửa
đổi các thông tin một cách dễ dàng.
Hệ nhiệt động có thể được lưu lại sau khi xác định và có thể sử dụng cho
các mô phỏng khác khi cần đến.
9
Danh sách các cấu tử trong hỗn hợp được lưu trữ riêng bên ngoài hệ nhiệt
động nên có thể sử dụng được cho các bài toán mô phỏng khác khi cần đến.
Có thể sử dụng nhiều hệ nhiệt động trong cùng một chương trình mô
phỏng. Tuy nhiên các hệ nhiệt động này cùng được xác định trong Basic
Manager.
Simulation Basic Manager là giao diện thuộc tính cho phép thiết lập và điều
khiển nhiều hệ nhiệt động hoặc danh sách các cấu tử trong hỗn hợp sử dụng trong
mô phỏng.
2.3. Bắt đầu mô phỏng
Sử dụng một trong ba cách sau để bắt đầu một bài mô phỏng mới: chọn
File/new/case, hoặc sử dụng phím tắt ctrl+N, hoặc bấm vào biểu tượng new case
Khi đó giao diện Simulation Basic Manager sẽ xuất hiện (hình 2.2). Trong
giao diện này có các tab. Thường sử dụng các tab sau: Components tab sử dụng khi
nhập các cấu tử, Fluid Pkgs tab sử dụng khi chọn Hệ Nhiệt động (Fluid Package),
Reactions tab sử dụng khi thiết lập các phản ứng hoá học.
Menu
chính
Thanh
công cụ
C
10
ác tab
Hình 2.2. Giao diện Simulation Basic Manager
2.4. Nhập các cấu tử
Bước đầu tiên khởi tạo cơ sở mô phỏng là nhập các cấu tử (đơn chất và hợp
chất) sẽ có mặt trong chương trình mô phỏng. Trình tự tiến hành như sau:
1. Để nhập các cấu tử cho mô phỏng bấm vào phím Add trong giao diện
Simulation Basic Manager .
2. Sau khi bấm phím Add sẽ xuất hiện danh sách tất cả các cấu tử có trong
thư viện của HYSYS (hình 2.3).
11
Hình 2.3. Giao diện Component List
3. Chọn các cấu tử cần thiết cho chương trình mô phỏng từ danh sách. Có
thể tìm các cấu tử trong danh sách bằng một trong ba cách sau đây: chọn
ô Sim Name, hoặc chọn ô Full Name, hoặc chọn ô Formula.
Nhập tên hoặc công thức cần tìm vào ô Match phía trên. Ví dụ khi chọn ô
Sim Name và nhập tên water vào ô Match, sẽ nhìn thấy dòng tương ứng
với water được đánh dấu. Nếu không tìm thấy, có thể thử sử dụng tên
khác hoặc thử tìm bằng các ô Full Name hoặc Formula.
4. Khi đã chọn được công thức thích hợp, nhắp đúp vào chất vừa chọn hoặc
bấm vào phím Add Pure để nhập chất đó vào danh sách các cấu tử đã
chọn Selected Components.
5. Ở phía dưới giao diện này có ô Name, có thể đặt tên cho danh sách các
cấu tử vừa chọn.
6. Khi đã hoàn thành các bước trên, đóng cửa sổ này lại, sẽ trở lại giao diện
Simulation Basic Manager.
Sau khi đã nhập các cấu tử cần thiết vào danh sách, lưu vào một thư mục xác
định trước khi tiếp tục quá trình mô phỏng. Chọn File/Save as và chọn thư mục
thích hợp, không lưu vào thư mục mặc định xuất hiện.
2.5. Lựa chọn Hệ nhiệt động (Fluids Package)
Sau khi nhập các cấu tử cho mô phỏng, tiếp theo là lựa chọn Hệ Nhiệt động
(Fluid Package) cho mô phỏng. Fluid Package được sử dụng để tính toán dòng và
các tính chất nhiệt động của các cấu tử và hỗn hợp trong quá trình mô phỏng (ví dụ
như enthalpy, entropy, tỷ trọng, cân bằng lỏng - hơi, …). Vì thế việc lựa chọn hệ
nhiệt động phù hợp có ý nghĩa rất quan trọng, là cơ sở để tính toán mô phỏng cho
kết quả đúng.
1. Từ Simulation Basic Manager (hình 2.2), chọn Fluid Pkgs tab.
2. Bấm vào phím Add để chọn một fluid pkgs mới, như trong hình 2.4.
12
Hình 2.4. Giao diện Fluid Package
3. Từ danh sách Fluid Package chọn hệ nhiệt động phù hợp. Danh sách các
Fluid Package có thể được rút gọn bằng cách có chọn lọc nhờ các bộ lọc
phía bên phải danh sách (ví dụ như EOS, activity model, ...).
4. Khi đã chọn được hệ nhiệt động phù hợp, nhắp đơn chuột vào (không cần
nhắp đúp). Ví dụ trong hình 2.4, đã lựa chọn phương trình trạng thái
Peng-Robinson.
5. Có thể đặt tên cho fluid package vào cửa sổ nhỏ Name phía dưới giao
diện. Ví dụ trong hình 2.4 tên của fluid package là Basis-1.
6. Sau khi kết thúc bấm vào dấu X màu đỏ ở góc trên bên phải để đóng giao
diện này lại.
2.6. Lựa chọn mô hình nhiệt động
Lựa chọn mô hình nhiệt động phù hợp rất quan trọng, quyết định đến kết quả
tính toán của toàn bộ quá trình. Đây là một thủ tục đầu tiên để bắt đầu mô phỏng.
Năm 1999, hai tác giả Elliott và Lira đã đề xuất sơ đồ hình cây như mô tả trên hình
2.5 dưới đây.
Phân loại các cấu tử có trong
hệ:
khí, chất không phân cực,
ngưng tụ, solvat hóa, điện ly
Khí hoặc
chất không phân
cực? S
13
Đ
úng
Thử
chọn PR, SRK,
API
Hình 2.5. Sơ đồ lựa chọn mô hình nhiệt động
Các hệ nhiệt động có trong HYSYS cho phép dự đoán được tính chất của các
hỗn hợp từ hệ các hydrocacbon nhẹ tới hỗn hợp của các loại dầu phức tạp, và hệ các
hợp chất không điện ly. HYSYS cung cấp các phương trình trạng thái (PR hay
PRSV) cho các quá trình xử lý phức tạp hỗn hợp hydrocacbon, các mô hình bán thực
nghiệm và áp suất hơi của các hệ hydrocacbon nặng, các hiệu chỉnh hơi nước cho
các dự đoán chính xác về tính chất của hơi nước, và các mô hình hệ số hoạt độ của
các hệ hóa học. Tất cả các phương trình đều có giới hạn phạm vi ứng dụng, vì vậy cần
xem xét phạm vi ứng dụng phù hợp của mỗi phương trình với các hệ gần giống nhau.
14
- Xem thêm -