Учебный курс по Aspen Plus. Методическое пособие для учебного курса
 Скачать 2.58 Mb.
|
|
Методическое пособие для учебного курса Моделирование процессов с Моделирование процессов с Моделирование процессов с Моделирование процессов с использованием использованием использованием использованием Aspen Aspen Aspen Aspen Plus Plus Plus Plus® ® ® ® Необходимое программное обеспечение : Aspen Plus Москва, 200 Москва, 200 Москва, 200 Москва, 2006 6 6 6 2 Содержание 1 Основные понятия и возможности Aspen Plus ................................................................3 1.1 Введение в моделирование технологических процессов .......................................3 1.2 Интерфейс пользователя Aspen Plus.......................................................................4 1.3 Базовый ввод данных ................................................................................................6 1.4 Настройка представления схемы технологического процесса .............................15 1.5 Особенности работы с программой Aspen Plus. Системные требования ............18 1.6 Возможности взаимодействия с другими программами .......................................20 1.7 Задание для самостоятельного моделирования – расчёт технологического процесса производства бензола ........................................................................................22 2 Расчёт оборудования в Aspen Plus ................................................................................24 2.1 Типовые модели аппаратов ....................................................................................24 2.2 Модели колонн (RadFrac)........................................................................................32 2.3 Задание Расчёт ректификационной колонны производства метанола ...............38 2.4 Дополнительный курс Сходимость RadFrac .........................................................39 2.5 Дополнительный курс Задание для самостоятельного моделирования по сходимости RadFrac ...........................................................................................................42 2.6 Модели реакторов ...................................................................................................43 2.7 Задание для самостоятельного моделирования Сравнение различных типов реакторов ............................................................................................................................46 2.8 Задание на самостоятельное моделирование производства циклогексана ........48 2.9 Теплообменники ......................................................................................................50 2.10 Задание для самостоятельного моделирования по блоку HeatX.........................55 2.11 Устройства , изменяющие давление .......................................................................56 2.12 Задание для самостоятельного моделирования по устройствам , изменяющим давление .............................................................................................................................58 3 Расчёт физических свойств в Aspen Plus ......................................................................60 3.1 Процесс задания параметров физических свойств ...............................................60 3.2 Задание для самостоятельного моделирования по физическим свойствам .......67 3.3 Дополнительный курс Оценка физических свойств . ............................................69 3.4 Дополнительный курс Задание для самостоятельного моделирования по оценке физических свойств . ...........................................................................................................72 3.5 Дополнительный курс Электролиты ......................................................................72 3.6 Дополнительный курс Задание для самостоятельного моделирования по работе с электролитами ..................................................................................................................74 3.7 Дополнительный курс Работа с твёрдыми веществами . .....................................76 3.8 Дополнительный курс Задание для самостоятельного моделирования по работе с твёрдыми веществами .....................................................................................................79 4 Утилиты ...........................................................................................................................84 4.1 Использование переменных ...................................................................................84 4.2 Расчётные исследования ........................................................................................85 4.3 Задание для самостоятельного моделирования по расчётным исследованиям 87 4.4 Подбор параметров .................................................................................................88 4.5 Задание для самостоятельного моделирования по утилите подбора .................90 4.6 Калькулятор .............................................................................................................90 4.7 Задание на самостоятельное моделирование с использованием утилиты калькулятора .......................................................................................................................94 5 Возможности ускорения расчёта сложных технологических схем ...............................96 5.1 Сходимость схемы технологического процесса ....................................................96 5.2 Задание для самостоятельного моделирования по сходимости схемы технологического процесса ................................................................................................98 5.3 Моделирование , ориентированное на уравнения .................................................99 6 Приложение 1................................................................................................................ 107 6.1 Контактная информация ....................................................................................... 107 6.2 Сайт технической поддержки ................................................................................ 107 3 1 Основные понятия и возможности Aspen Plus 1.1 Введение в моделирование технологических процессов Моделирование технологических процессов это • Использование компьютерной программы для расчёта материальных и тепловых балансов технологического процесса • Использование основных физических соотношений : ⇒ материальный и тепловой балансы ; ⇒ фазовое равновесие ; ⇒ реакции и массопередача • Предсказательный расчёт : ⇒ расход потоков , состав и свойства ; ⇒ рабочие режимы Преимущества моделирования • Сокращает время проектирования установки : ⇒ позволяет инженеру быстро испытывать различные конфигурации установки • Помогает усовершенствовать используемые установки : ⇒ отвечает на вопросы « что , если …»; ⇒ определяет оптимальные условия процесса в заданных рамках ; ⇒ содействует в устранении « узких мест ». Подходы к моделированию технологических процессов • Последовательный модульный (SM): ⇒ каждый аппарат решается отдельно в определённой последовательности ; ⇒ используется при решении сложных схем • Ориентированный на уравнения (EO): ⇒ все уравнения решаются одновременно ; ⇒ необходимо хорошее начальное приближение • Сочетание двух методов : ⇒ используйте подход SM для начального , приблизительного решения , после чего используйте подход EO для более точного решения процесса ; ⇒ используйте подход SM для получения начального решения , после чего используйте подход EO для оптимизации или настройки модели Полезные советы при построении моделей технологических процессов • Сложные технологические процессы стройте по блокам : ⇒ это упрощает поиск ошибок в случае возникновения проблем • Нет необходимости моделирования в Aspen Plus всего оборудования • Убедитесь в точности и согласованности данных на входе технологического процесса • Убедитесь , что результаты не противоречивы и реалистичны Некоторые важные функции Aspen Plus • Точное моделирование электролитов • Работа с твёрдыми веществами • Регрессия данных • Согласование данных • Оценка свойств • Пользовательские расчёты 4 • Моделирование , ориентированное на уравнения , в том числе моделирование , оптимизация и согласование данных для применения в системах онлайн – оптимизации 1.2 Интерфейс пользователя Aspen Plus Интерфейс пользователя Идентификатор работы Панели инструментов Строка заголовка Строка меню Кнопка выбора режима Библиотека моделей Закладки библиотеки моделей Структурная схема процесса Кнопка « далее » Область состояния Строка подсказок Кнопки изменения размеров окна Автоматическое наименование потоков и блоков • При создании объекта пользователь может присвоить имя объекта вручную или автоматически с помощью Aspen Plus. • Для того , чтобы изменить параметры наименования : 1. Выберите Options в меню Tools; 2. Перейдите на закладку Flowsheet; 3. Отметьте желаемые опции наименования и снимите отметку с ненужных • Названия блоков и потоков могут отображаться или быть скрытыми ⇒ выберите объект , нажмите правую кнопку и выберите в меню опцию Hide. Операции с графической схемой технологического процесса – Блоки • Для того чтобы разместить на схеме процесса блок : 1. Выберите нужную закладку в библиотеке моделей 2. Выберите модель технологического объекта Нажмите на стрелку выпадающего меню и выберите иконку для модели 3. Чтобы поместить блок , нажмите сначала на иконку блока , а потом на схему процесса Также вы можете нажать на иконку и перетащить её на схему 4. Повторно щёлкнув по пустому месту на схеме , Вы можете добавить ещё один такой же блок и так далее 5. Для выхода из режима размещения блоков в пустом поле нажмите правую кнопку мыши 5 Операции с графической схемой технологического процесса – Потоки • Для того чтобы разместить поток на схеме технологического процесса : 1. Нажмите на иконку « Потоки » (STREAMS) в библиотеке моделей 2. Выберите тип потока ( материальный , энергетический или работу ), нажав на стрелку « вниз » рядом с иконкой 3. Нажмите на выделенный порт ( вход или выход ) блока для соединения с ним 4. Повторите шаг 3 для соединения остальных участков потока 5. Для того , чтобы разместить один из концов потока на вход или выход технологического процесса , нажмите на пустую часть схемы 6. Для выхода из режима создания потоков нажмите правую кнопку мыши Использование кнопок мыши • Левая кнопка : ⇒ выбирает блок , поток , метку объекта или аннотацию ; • Правая кнопка : ⇒ вызывает меню для выбранного потока , блока или диаграммы ; • Двойное нажатие : ⇒ открывает форму ввода данных потока или блока , или форму результатов для промежуточных потоков ; ⇒ редактирует текст метки или аннотации Изменение блоков и потоков • Для отображения форм ввода и результатов в обозревателе данных : 1. а ) Щёлкните дважды по интересующему Вас объекту или ( если Вы ещё не произвели расчёт ) б ) Выберите блок или поток , нажмите правую кнопку и выберите в меню пункт Input… 2. Для того чтобы изменить вид блока или потока : 3. Выберите объект нажатием на нём левой кнопки мыши и нажмите Ctrl+K или 4. Наведите курсор на иконку выбранного объекта и нажмите правую кнопку мыши для вызова меню для этого объекта ; 5. Выберите пункт меню «Exchange Icon». Задание для самостоятельного моделирования • Необходимо построить графическую схему технологического процесса получения бензола ⇒ выберите подходящие иконки для блоков 6 + Формы Закладки Папки ⇒ Нажмите правую кнопку мыши на потоке , выберите Reconnect Destination / Reconnect Source и присоедините конец / начало потока к выбранному порту блока ⇒ по завершении моделирования сохраните задачу как BENZENE.BKP. 1.3 Базовый ввод данных Интерфейс Aspen Plus • Графический интерфейс ⇒ для указания параметров программы и команд используйте меню , ⇒ панели управления – для доступа к некоторым наиболее часто используемым функциям , ⇒ библиотека моделей – для составления схемы технологического процесса • Обозреватель данных (Data Browser) ⇒ используется для работы с формами ввода данных ⇒ его можно переместить , изменить размеры , свернуть , развернуть и закрыть ⇒ содержит диспетчер объектов технологической схемы ⇒ кнопка « Далее » : проверяет , заполнена ли текущая форма полностью и переходит к следующей форме , для которой необходим ввод данных Обозреватель данных (Data Browser) • Обозреватель данных (Data Browser) – это иерархически структурированное представление входных переменных , результатов расчёта и объектов модели Он может использоваться для навигации по настройкам расчёта , потокам , блокам , утилитам и другим формам • Состоят из форм ввода данных или вывода результатов и ( или ) других папок , объектов на технологической схеме • Используются для ввода данных и просмотра результатов • Могут состоять из нескольких закладок • Расположены в паках • Составляют форму • Выбираются с помощью ярлычков в верхней части формы 7 Обозреватель данных Дерево меню Предыдущий лист Следующий лист Область состояния Родительская кнопка Единицы измерения Назад Вперёд Комментарии Далее Область описания Состояние Список просмотра Инструмент подключения ресурсов Функциональность форм ввода • Когда вы нажимаете на левую кнопку мыши для выбора поля на форме , в области описания появляется информация об этом поле Эта информация поможет вам ввести данные • Нажмите на стрелку выпадающего меню для вызова списка возможных для этого поля вариантов ввода • Нажатие буквы приведёт к переходу к следующему разделу списка , начинающемуся с нажатой буквы • Клавиша Tab переведёт курсор к следующему полю на форме • Aspen Plus всегда добавляет пустую строку после последнего ряда каждой таблицы Вызов справки • Выберите Help Topics из меню Help для запуска онлайновой подсказки : ⇒ Содержание : Просматривайте документацию , в том числе руководства пользователя и справочники ⇒ Индекс : Поиск подсказки по какой - либо тематике по записям индекса ⇒ Поиск : Поиск подсказки по тематике , содержащей какое - либо слово или набор слов • Подсказка “What’s This?” ( что это ?) ⇒ Нажмите кнопку “What’s This?” на панели инструментов и выберите любую область , подсказку по которой хотите получить • Подсказка F1 ⇒ Поставьте курсор в какое - нибудь поле и нажмите функциональную клавишу ( или ) форме Ввод данных • Для расчёта модели необходимо ввести данные в следующие формы : ⇒ Настройка расчёта (Setup) ⇒ Компоненты (Components) ⇒ Свойства (Properties) ⇒ Потоки (Streams) ⇒ Блоки (Blocks) • Введите данные в формы ввода в указанном выше порядке , нажимая кнопку « далее » 8 • Также можно быстро открыть эти формы ввода через меню Data или нажатием кнопок обозревателя данных на панели инструментов Индикаторы состояния • Цвета и формы описывают текущее состояние входных данных и результатов : Символ Состояние Форма введена не полностью Форма введена полностью Для формы ничего не введено Ввод не обязателен В форме есть входные и выходные данные Для формы существуют результаты Для формы существуют результаты , но произошла ошибка при вычислениях Для формы существуют результаты , но при вычислениях встретились предупреждения Для формы существуют результаты , но после их расчёта входные данные изменились Настройка расчёта • Большая часть настроек вводится на форме Setup>Specifications>Global ⇒ Название схемы технологического процесса , которое будет использоваться в отчётах ⇒ Тип расчёта ⇒ Единицы измерения входных и выходных величин ⇒ Возможные фазы ( т е пар - жидкость или пар - жидкость - жидкость ) ⇒ Давление и температура окружающей среды • Параметры вывода результатов расчёта по потокам находятся на форме Setup> Report Options>Stream Форма задания настроек расчёта 9 Выбор типа расчёта ( на форме Setup>Specifications>Global вполе Run type ) Тип выполнения Описание Flowsheet Стандартная схема технологического процесса может содержать оценку свойств , анализ данных испытаний и ( или ) расчёты анализов свойств Как будет показано ниже , эти же параметры можно сохранить отдельно , без схемы технологического процесса Assay Data Analysis Используйте Assay Data Analysis для анализа данных испытаний и создания псевдокомпонентов для последующего использования на схемах технологических процессов Aspen Plus. Data Regression Используйте тип Data Regression для подбора модели физических свойств , необходимых Aspen Plus для определения чистых компонентов , равновесия пар - жидкость , жидкостной экстракции и прочих параметров смеси В типе Data regression также можно указать оценку свойств и расчёт анализа свойств Properties Plus Тип Properties Plus следует использовать для подготовки пакета свойств для последующего использования м Aspen Custom Modeler или Aspen Pinch, коммерческими инженерными программами сторонних организаций или собственными разработками вашей компании Property Analysis Используйте Property Analysis для создания таблиц свойств , диапазонов температур и давлений , наборов кривых остаточных фракций жидкости и в других отчётах о свойствах В Property Analysis может входить оценка свойств и аналитический расчёт данных испытаний Property Estimation Используйте Property Estimation для оценки параметров свойств , если не желаете выполнять в этом же проходе моделирования технологического процесса Assay Data Analysis Используйте Assay Data Analysis для анализа данных испытаний и создания псевдокомпонентов для последующего использования на схемах технологических процессов Aspen Plus. Настройка единиц измерения • Единицы измерения в Aspen Plus можно определить на трёх различных уровнях : 1. Глобальный уровень ( поля “Input Data” и “Output Results” закладки Setup>Specifications> Global) 2. Уровень объектов ( поле “Units” ( единицы измерения ) в верхней части каждой формы объекта ( блока или потока )) 3. Уровень конкретных полей 4. Пользователи могут создавать собственные наборы единиц измерения , открыв страницу Setup>Units-Sets. Единицы измерения можно создавать на основе уже существующих наборов и затем изменять их Компоненты |