Учебный курс по Aspen Plus. Методическое пособие для учебного курса
 Скачать 2.58 Mb.
|
|
4.2 Расчётные исследования Расчётные исследования используют для изучения отношений между переменными процесса Расчётные исследования : • Позволяют пользователю изучить действие изменений входных переменных на выходные значения процесса • Количественные изменения , производимые в схеме технологического процесса утилитой расчётных исследований (Sensitivity), не влияют на моделирование Расчётные исследования работают независимо от расчёта модели • Утилита расположена по адресу /Data/Model Analysis Tools/Sensitivity • Результаты можно просмотреть в форме Results в папке утилиты расчётного исследования • Результаты отображаются в виде графика , что облегчает визуальное распознавание зависимостей между различными переменными Использование расчётных исследований • Изучение действия изменений входных переменных на выходы процесса ( модели ) 86 • Графическое представление действия входных переменных • Проверка выполнимости решения в заданных технических условиях • Оптимизация в ручном режиме • Изучение переменных , изменяющихся во времени , с использованием квазистационарного подхода Пример расчётного исследования REACTOR FEED RECYCLE REAC-OUT COOL COOL-OUT SEP PRODUCT REACTOR FEED RECYCLE REAC-OUT COOL COOL-OUT SEP PRODUCT Определение действия выходной температуры блока COOL на чистоту потока продукта : • Мы изменяем ( оказываем воздействие ) на выходную температуру COOL • Измеряем чистоту ( мольную долю ) кумола в потоке PRODUCT Пошаговая инструкция по использованию расчётного исследования 1. Укажите измеряемую переменную ( переменные ) ⇒ Это количественные показатели , рассчитываемые во время моделирования и используемые на шаге 4 ( закладка Define) 2. Укажите переменную ( переменные ), на которые оказывается воздействие ⇒ Сюда входят параметры схемы технологического процесса , которые могут изменяться ( закладка Vary) 3. Укажите диапазон ( диапазоны ) изменяемой переменной ( переменных ) ⇒ Можно указать изменение переменной с определённым интервалом или определить список значений переменной ( закладка Vary sheet) 4. Укажите величины , которые необходимо рассчитать и свести в таблицу ( используйте переменные , заданные на закладке Define) ⇒ В таблице можно использовать выражения на языке Фортран , содержащие переменные , определённые на шаге 1 ( закладка Tabulate) Построение графиков 1. Выберите графу , содержащую переменную оси абсцисс , и выберите пункт X-Axis Variable в меню Plot 2. Выберите графу , содержащую ось ординат , и выберите пункт Y-Axis Variable в меню Plot 3. ( Необязательно ) Выберите графу , содержащую параметрическую переменную , и выберите пункт Parametric Variable в меню Plot 4. Выберите пункт Display Plot в меню Plot Примечание : Для того чтобы выбрать графу , необходимо нажать левой кнопкой мыши на её заголовок 87 Результаты расчётных исследований Примечания 1. Изменять можно только величины , введённые пользователем 2. Можно изменять несколько величин 3. Моделирование работает в любом сочетании изменяемых переменных 4.3 Задание для самостоятельного моделирования по расчётным исследованиям Задание : с помощью расчётного исследования изучить влияние расхода потока рециркуляции на производительность реактора • Часть A: Начните со схемы технологического процесса производства циклогексана (CYCLOHEX.BKP, глава 2.8), постройте график изменения нагрузки реактора (REACT) при изменении отделяемой как продукт части потока рециркуляции (LFLOW) от 0,1 до 0,4 • Часть B: В дополнение к отделяемой части потока рециркуляции ( часть A), измените степень превращения бензола в реакторе от 0,9 до 1,0. Составьте таблицу производительности реактора и постройте параметрический график , показывающий 88 зависимость производительность реактора от отделяемой части рециркуляции и степени превращения бензола • Сохраните файл как SENS.BKP • Примечание : Оба исследования ( части A и B) должны быть реализованы в одном и том же блоке расчётных исследований Sensitivity S-1 Results Summary VARY 1 LFLOW CHRCY FRAC FRAC G C A L /H R 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 -4 .8 -4 .7 -4 .6 -4 .5 -4 .4 -4 .3 REACT CONV = 0.9 REACT CONV = 0.95 REACT CONV = 1.0 REACT CONV = 0.998 4.4 Подбор параметров Подбор параметров : • Схема работы похожа на работу регулятора с обратной связью • Позволяет пользователю добиться определённого значения расчётных параметров схемы технологического процесса Эта цель достигается путём подбора значений некоторых входных параметров • Расположен по адресу /Data/Flowsheeting Options/Design Specs • Подбор параметров изменяет условия процесса Пример подбора параметров REACTOR FEED RECYCLE REAC-OUT COOL COOL-OUT SEP PRODUCT REACTOR FEED RECYCLE REAC-OUT COOL COOL-OUT SEP PRODUCT Необходимо определить температуру на выходе из блока COOL, при которой мольная доля кумола в выходном потоке составляет 98% Какая величина подбирается ( варьируемая переменная )? _ Какая целевая переменная ? _ Каково целевое значение подбора ? _ 89 Пошаговая инструкция по использованию утилиты подбора параметров 1. Укажите используемые при подборе зависимые переменные ( закладка Define) 2. Укажите целевую функцию (Spec) и её значение (Target) на закладке Spec ( это значение , которого нужно попытаться достичь в процессе подбора параметров ). 3. Укажите допустимое отклонение целевой функции ( закладка Spec) – допустимая ошибка для целевой функции ; 4. Укажите независимые переменные , которые будут варьироваться в процессе подбора ( закладка Vary) – можно выбирать только параметры схемы технологического процесса , оказывающие влияние на целевую функцию 5. Укажите диапазон изменения независимой переменной ( закладка Vary) - указываются верхний и нижний пределы , в которых Aspen Plus будет изменять эту переменную По умолчанию при задании целевой функции ( шаг 2) и варьируемой переменной используются единицы измерения , указанные в системе измерений (Units Set), выбранной в утилите подбора Вы можете изменить единицы измерений , используя выпадающий список на панели инструментов обозревателя данных Однако если вы так сделаете , вы измените единицы измерения на всех формах утилиты Например , если вы измените единицы измерения на MetCBar на закладке Specs, на закладке Vary они будут этой же системе Примечания 1. Изменять можно только величины , вводимые пользователем 2. Расчёты , выполняемые утилитой подбора , носят итеративный характер Ввод хорошей оценки изменяемой переменной поможет обеспечить схождение утилиты подбора за меньшее число итераций Это особенно важно для крупных схем технологических процессов с несколькими взаимосвязанными утилитами подбора 3. Результаты схождения утилиты подбора можно найти в меню Results Summary/Convergence или Convergence/Convergence, выбрав форму Results в соответствующем вычислительном блоке Также окончательные значения изменяемых и ( или ) целевых величин можно просмотреть напрямую в формах результатов соответствующих блоков и потоков Если утилита подбора не сходится : 1. Убедитесь , что изменяемая ( независимая ) переменная не вышла за верхний или нижний допустимый предел 2. Убедитесь , что в указанных границах изменяемых ( независимых ) переменных существует решение 3. Убедитесь , что изменяемые ( независимые ) переменные на самом деле влияют на целевые 4. Выполните более точную оценку значения изменяемой ( независимой ) переменной 5. Для того , чтобы облегчить схождение , сузьте границы изменяемой ( независимой ) переменной или увеличьте допуски целевой функции 6. Убедитесь , что у целевой функции нет плоских участков в пределах изменения переменной ( воспользуйтесь утилитой расчётного исследования ). 7. Измените характеристики блока схождения , связанного с утилитой подбора ( величина шага , число итераций , алгоритм и т п .) 90 4.5 Задание для самостоятельного моделирования по утилите подбора Задание 1: используйте утилиту подбора в схеме технологического процесса производства циклогексана ( см глава 2.4) для ограничения тепловой нагрузки реактора путём подбора потока рециркуляции Схема технологического процесса производства циклогексана (CYCLOHEX.BKP) является моделью реальной установки Максимальная рабочая нагрузка , которую может выдержать охлаждающая система реактора , составляет 4,7 GKAL/HR. Определите объём рециркуляции циклогексана , необходимый для ограничения тепловой нагрузки реактора : ____________________ кмоль / час Примечание : В Aspen Plus реализовано следующее правило : тепло , подаваемое на блок , положительное , а тепло , отбираемое у блока , - отрицательно Задание 2: добейтесь выхода циклогексана в потоке PRODUCT равного 0.999 путём варьирования расхода кубового продукта от 97 до 101 кмоль / час . ( Варьируйте переменную MOLE-B для блока COLUMN) 4.6 Калькулятор В этом разделе Вы ознакомиться с использованием утилиты калькулятора для выполнения расчётов на языке Фортран и в электронных таблицах Microsoft Excel. Утилита калькулятора : • Даёт пользователю возможность использования электронных таблиц Microsoft Excel или встроенного языка Фортран в модели Aspen Plus • Расположена по адресу /Data/Flowsheeting Options/Calculator • Результаты можно просмотреть на форме Results в папке для блока Calculator • Кроме того , поскольку утилита калькулятора изменяет параметры модели , результаты моделирования будут отражать результаты расчёта в утилите калькулятора Использование утилиты калькулятора • Регулирование с обратной связью ( установка входа в схему процесса на основе расчётных значений ) • Вычисление какой - либо функции от значений переменных схемы технологического процесса , например , при расчёте прибыли • Вызов внешних подпрограмм • Передача переменных между объектами схемы технологического процесса и ( или ) внешними файлами • Вывод данных во внешние файлы , на панель управления и т д • Создание форм вывода результатов в зависимости от значений входных и выходных параметров 91 Пример использования утилиты калькулятора Использование калькулятора для задания падения давления в блоке COOL Calculator Block DELTA-P = -10 -9 * V 2 DELTA-P REACTOR FEED RECYCLE REAC-OUT COOL COOL-OUT SEP PRODUCT REACTOR FEED RECYCLE REAC-OUT COOL COOL-OUT SEP PRODUCT V Падение давления на нагревателе пропорционально квадрату объёмного расхода потока в нагреватель Какие переменные технологического процесса следует использовать в калькуляторе ? • Объёмная скорость потока REAC-OUT К этой величине можно обратиться двумя различными способами : 1. Через массовый расход и массовую плотность потока REAC-OUT 2. Через набор свойств , содержащий объёмную скорость потока смеси • Падение давления на блоке COOL Когда следует произвести расчёт утилиты калькулятора ? • До блока COOL Какие переменные импортируются , а какие экспортируются ? • Импортируется значение объёмной скорости • Экспортируется падение давления Пошаговая инструкция по использованию утилиты калькулятора 1. Получите переменные технологического процесса , которые будут использованы в калькуляторе ⇒ Все количественные величины , из которых происходит чтение или в которые производится запись , должны быть объявлены на закладке Define 2. Введите код на языке Фортран или постройте таблицу Excel ⇒ В состав листинга Фортрана входит как исполняемый ( лист Calculate), так и неисполняемый (COMMON, EQUIVALENCE и т п .) код ( нажмите на кнопку Fortran Declarations), необходимый для получения определённых результатов ⇒ Электронная таблица Microsoft Excel предоставляет все возможности используемой вами версии Excel ( нажмите кнопку Open Excel Spreadsheet) 3. Укажите место утилиты калькулятора в последовательности вычислений ⇒ Указывается напрямую ( закладка Sequence) или ⇒ Определяется импортируемыми и экспортируемыми переменными Фортран • Aspen Plus транслирует простые процедуры Фортрана и не требует компиляции 92 • Для компиляции более сложного кода на машине , где установлен пакет Aspen Plus, должен быть установлен компилятор Фортрана • Следует использовать стандартный синтаксис Фортрана F VFLOW=FLOW/DENS F DP=-1E-9*VFLOW**2 Интерпретатор Фортрана • Aspen Plus будет использовать встроенный Фортран , если это возможно • Могут быть интерпретированы следующие команды Фортрана : ⇒ Арифметические выражения и операторы присваивания ⇒ Операторы IF ⇒ Операторы GOTO за исключением абсолютных GOTO ⇒ Операторы WRITE, в которых нет неформатированного текста ⇒ Операторы FORMAT ⇒ Операторы CONTINUE ⇒ Циклы DO ⇒ Вызовы некоторых встроенных функций Фортрана ⇒ Операторы REAL или INTEGER* ⇒ Оператор DOUBLE PRECISION* ⇒ Оператор DIMENSION* * Вводятся на форме Declaration Функции встроенного Фортрана Вызовы некоторых встроенных функций Фортрана : DABS DERF DMIN1 IDINT DACOS DEXP DMOD MAX0 DASIN DFLOAT DSIN MIN0 DATAN DGAMMA DSINH MOD DATAN2 DLGAMA DSQRT DCOS DLOG DTAN DCOSH DLOG10 DTANH DCOTAN DMAX1 IABS Операторы , для выполнения которых нужна компиляция CALL LOGICAL CHARACTER PARAMETER COMMON COMPLEX RETURN DATA READ ENTRY TOP EQUIVALENCE SUBROUTINE IMPLICIT Замечания по Фортрану 1. Код Фортрана записывается по следующим правилам : a. Код Фортрана должен начинаться с 7- й колонки или дальше b. Для комментария в первой колонке строки должен указываться символ “C” или “ ; ” c. Вторая колонка должна быть пустой 2. Имена переменных не должны начинаться с lZ или ZZ 93 3. При использовании оператора Фортран WRITE вы можете использовать предопределённый номер блока NTERM для записи в панель управления Например : write(NTERM,*) flow или write(NTERM,10) flow 10 format(‘Feed flowrate =‘,G12.5) Использование Microsoft Excel • Для каждого калькулятора в модель встраивается книга Microsoft Excel ⇒ При сохранении резервной копии ( файл .bkp) создаётся файл .apmbd. Этот файл должен располагаться в рабочей директории • Доступны все возможности Excel, в том числе VBA и макросы • Ячейки , содержащие : ⇒ Импортируемые переменные имеют зелёную окантовку ⇒ Экспортируемые переменные имеют синюю окантовку ⇒ Переменные с разорванной связью имеют оранжевую окантовку ⇒ Неполные переменные имеют красную окантовку Элемент Используется для … Список Connect Cell Подключения переменных к текущей ячейке таблицы Microsoft Excel Кнопка Define Создания новых переменных или редактирования уже существующих Кнопка Unlink Удаления ( разрыва ) связи между ячейкой и переменной , без удаления самой переменной Кнопка Delete Удаления связи между ячейкой и переменной , с удалением самой переменной Кнопка Refresh Обновления списка переменных в списке Connect Cell Кнопка Changed Вызова повторного расчёта калькулятора при следующем запуске моделирования Настройте книгу , как показано ниже , используя панель инструментов Aspen Plus в Microsoft Excel: Импортированные переменные Экспортируемые переменные = (-1e -9 )*C4^2 = FLOW/DENS Примечания 1. Переписываться могут только введённые пользователем переменные схемы технологического процесса 2. Предпочтительным способом указания , где следует использовать утилиту калькулятора , является список импортируемых и экспортируемых переменных на закладке Calculator Input Sequence 94 3. В дополнение к форме результатов расчёта (Calculator Results) вы можете увеличить уровень детализации диагностических сообщений в панели управления или файле истории посредством кнопки Diagnostics на закладке Sequence. Это приведёт к выводу в панель управления значений всех входных и выходных переменных |