Худович И.М. Современные системы автоматизированного моделирован. Уо Полоцкий государственный университет современные системы автоматизированного моделирования химикотехнологических процессов
 Скачать 1.72 Mb.
|
|
8. Настройка параметров отчета. Настройка параметров отчета осуществляется в разделе Report Format (Формат отчета) меню Output (Вы- ходные данные). В данном разделе можно настроить единицы измерения, ис- пользуемые в отчете по результатам расчета (команда Units of Measure), па- раметры вывода свойств потоков (команда Stream Property), параметры выво- да дополнительных результатов по рассчитываемым аппаратам (команда Unit Operations) и другие параметры отчета (команда Miscellaneous Data…; число строк на страницу, ширина, разделы включаемые в отчет и т.д.). 9. Запуск программы моделирования. Для проведения моделирования технологической схемы используется команда Run (Счет), пиктограмма кото- рой находится на панели инструментов (в виде черного повернутого треуголь- ника, расположенного в правом нижнем углу квадрата пиктограммы). После выполнения команды на экран, в ряде случаев, выводится ок- но Flowsheet Status (Статус технологической схемы), с сообщениями об ошибках либо предупреждениях программы о возможных ошибках, в пер- вом случае необходимо устранить ошибки, во втором, у пользователя, по- сле ознакомления с перечнем предупреждений, имеется возможность про- извести расчет (Run Simulation). 10. Просмотр результатов. С помощью команды View Results (Просмотр результатов) возможен просмотр результатов расчета для любо- го выделенного аппарата или потока. Кроме того, непосредственно возле технологического потока или ап- парата можно создать таблицу, содержащую информацию об его характе- ристиках и свойствах. Для этого необходимо выполнить команды меню Output/Stream Property Table/Тип аппарата (Выходные данные/Таблица свойств потока/Тип аппарата) или Output/Unit Ops Property Table (Выход- ные данные/Таблица свойств аппарата/Тип аппарата). Появится контур таблицы, привязанный к курсору мыши. В месте где необходимо размес- тить таблицу надо щелкнуть левой кнопкой мыши. Вызов таблицы на ре- дактирование аналогичен вызову на редактирование потока либо аппарата. В окне редактирования таблицы необходимо выбрать поток (аппарат), свойства которых нужно отобразить в таблице. Имеется возможность соз- дать собственную таблицу. Команда меню Options/Stream Property Lists…. Для графического изображения результатов моделирования использу- ется команда Plot (График) меню Output. С ее помощью можно вычертить профили по колоннам, теплообменникам, изменения свойств потоков и т.д. 11. Составление отчета. PRO/II позволяет создавать отчет о ре- зультатах моделирования в виде таблиц с помощью команды Output / 52 Generate Text Report (Выходные данные/Сгенерировать текстовый отчет). Автоматически сгенерированный отчет будет открыт во встроенном тек- стовом редакторе программы PRO/II, откуда, в последствии, он может быть сохранен в текстовом файле со стандартной кодировкой символов (ASCII). Возможен вариант вывода отчета в любой другой текстовый ре- дактор, путь к которому прописан в окне Set Text Editor (Настройка тек- стового редактора), доступном по команде Options/Editor. Ниже приводятся элементы отчета по решению рассматриваемой задачи, посвященные колонне и насосу: UNIT 1, 'STAB', 'STABILIZER' TOTAL NUMBER OF ITERATIONS IN/OUT METHOD 20 COLUMN SUMMARY ---------- NET FLOW RATES ----------- HEATER TRAY TEMP PRESSURE LIQUID VAPOR FEED PRODUCT DUTIES DEG C KPA KG-MOL/HR M*KJ/HR ------ ------- -------- -------- -------- --------- --------- ------------ 1C 57.4 700.00 2.0 3.9L -0.1191 2 70.7 750.00 2.0 5.9 3 74.8 751.75 2.0 5.9 4 76.7 753.50 1.9 5.8 5 77.8 755.25 1.9 5.8 6 78.6 757.00 1.9 5.8 7 79.4 758.75 1.9 5.7 8 80.3 760.50 1.8 5.7 9 81.5 762.25 1.8 5.7 10 82.9 764.00 1.7 5.6 11 85.0 765.75 1.5 5.5 12 89.2 767.50 21.0 5.4 12.9L 13 90.7 769.25 21.2 12.0 14 92.2 771.00 21.2 12.1 15 94.0 772.75 21.3 12.2 16 96.1 774.50 21.3 12.3 17 98.8 776.25 21.4 12.3 18 102.1 778.00 21.5 12.4 19 106.1 779.75 21.6 12.5 20 110.9 781.50 21.7 12.6 21 117.8 783.25 21.2 12.6 22R 131.1 785.00 12.2 9.0L 0.3120 FEED AND PRODUCT STREAMS TYPE STREAM PHASE FROM TO LIQUID FLOW RATES HEAT RATES TRAY TRAY FRAC KG-MOL/HR M*KJ/HR ----- ------------ ------ ---- ---- ------ ------------ ------------ FEED FD LIQUID 12 1.0000 12.87 0.0843 PROD OV LIQUID 1 3.85 0.0318 53 PROD BT LIQUID 22 9.01 0.2453 OVERALL MOLE BALANCE, (FEEDS - PRODUCTS) -4.6838E-15 OVERALL HEAT BALANCE, (H(IN) - H(OUT) ) -5.0302E-12 REFLUX RATIOS -------- REFLUX RATIOS -------- MOLAR WEIGHT STD L VOL --------- --------- --------- REFLUX / FEED STREAM FD 0.1587 0.1227 0.1351 REFLUX / LIQUID DISTILLATE 0.5299 0.5299 0.5299 UNIT 2, 'P1' Feeds BT Products Liquid S1 OPERATING CONDITIONS INLET OUTLET ----------- ----------- TEMPERATURE, C 131.08 131.27 PRESSURE, KPA 785.00 1000.00 MOLE FRAC VAPOR 0.0000 0.0000 MOLE FRAC LIQUID 1.0000 1.0000 ACT FLOW RATE, M3/HR 1.4396 1.4378 EFFICIENCY, PERCENT 90.0000 HEAD, M 41.0969 WORK, KW 0.0955 Как видно из результатов расчета программы PRO/II расчетная тем- пература в конденсаторе составляет 57,4 °С, в ребойлере 131,1 °С, тепло- вая нагрузка конденсатора 119,1 МДж/час, ребойлера – 312,0 МДж/час. Мольная кратность орошения в колонне 0,53. Расчет насоса показал, что его мощность (при кпд 90 %) должна составлять 0,0955 кВт, а напор насоса составит 41,097 м. 4.2. Краткое руководство и пример использования УМП HYSYS Несмотря на то, что на рынке программных продуктов имеются ру- сифицированные версии УМП HYSYS, ниже рассматривается более рас- пространенная англоязычная версия данной программы. При этом, в скоб- ках рядом с англоязычным названием тех либо иных элементов рабочих окон, приводится не дословный перевод, а их название в русифицирован- ных версиях программы. Ввод исходных данных и параметров моделиро- вания осуществляется в соответствии с общей схемой, рассмотренной в пункте 3. 54 1. Выбор технических размерностей. В программе представлены три набора единиц измерения: английский (Field), метрический (EuroSI) и СИ (SI). Для выбора технических размерностей используется команда меню Tools/ Preferences (Инструменты/Настройки), в результате ее выполнения на экран выводится окно Session Preferences (Настройка расчета). В этом окне необходимо выбрать закладку Variables (Переменные), щелкнув по ней мышкой, а затем страницу Units (Единицы, рис. 4.2.1). В верхней части данной страницы в поле Available Unit Sets (Имеющиеся наборы единиц) перечислены наборы доступные для выбора (щелчок левой клавишей мы- ши). В поле Display Units (Единицы) представлены технические размерно- сти различных свойств текущей системы единиц измерения. HYSYS не по- зволяет изменять ни один из трех предлагаемых наборов единиц измере- ния, однако существует возможность создания нового набора на основе имеющегося. Для этого, предварительно выбрав любой набор единиц из- мерения, необходимо нажать на кнопку Clone (Скопировать). Появится и станет доступным новый набор единиц измерения названный NewUser (имя набора может быть изменено в поле Unit Set Name (Имя набора)). Размерности переменных для созданного набора могут быть изменены в поле Display Units (Единицы). По окончании редактирования необходимо просто закрыть окно. Рис. 4.2.1. Окно выбора и настройки системы единиц измерения программы HYSYS 55 2. Создание нового файла технологической схемы. При работе с за- данием (технологической схемой) подразумевается его загрузка, сохране- ние и управление этим заданием. Задание из существующего на диске файла можно открыть, исполь- зуя команду меню File/Open/Case (Файл/Открыть/Задача). Все последую- щие действия выполняются стандартным образом, как для любого прило- жения Windows. Сохранить рабочий проект можно используя команды меню File/Save (Файл/Запомнить) и File/Save As... (Файл/Запомнить под именем). Все по- следующие действия выполняются стандартным образом, как для любого приложения Windows. Для создания нового задания используется команда меню File/New/Case (Файл/Новый/Задача). После выполнения данной команды на экран выводится окно Simulation Basis Manager (Диспетчер базиса, рис. 4.2.2) в котором необходимо выполнить следующий шаг – создание пакета свойств нового задания. Рис. 4.2.2. Диспетчер базиса программы HYSYS 56 3. Создание пакета свойств нового задания (выбор термодинами- ческих моделей и выбор компонентов). Пакет свойств, в программе HYSYS, минимально должен содержать перечень компонентов и методы расчета термодинамических свойств. Для создания пакета свойств необходимо нажать кнопку Add (Доба- вить), находящуюся на закладке Fluid Pkgs (Пакеты свойств), окна Simula- tion Basis Manager (Диспетчер базиса). В результате откроется закладка Prop Pkg (Термодинамический пакет) специализированного окна нового пакета свойств (рис. 4.2.3). Рис. 4.2.3. Раздел выбора математической модели расчета термодинамических свойств программы HYSYS В поле Base Property Package Selection (Выбор базового термодина- мического пакета) выбирается необходимая термодинамическая модель расчета свойств (нажатием по необходимой строке с названием метода ле- вой клавишей мыши). Для облегчения поиска нужной модели предусмот- рены функции фильтра методов расчета свойств. Для этого в поле Property Pkg Filter (Фильтр) необходимо выбрать соответствующий тип фильтра, например, EOSs (Уравнение состояния), в результате в поле выбора базо- вого термодинамического пакета останутся только пакеты на основе урав- нений состояния. Следует отметить, что энтальпия может быть рассчитана как по выбранному уравнению состояния, так и методом Lee-Kesler. Соот- ветствующая настройка выполняется в поле EOS Enthalpy Method Specifi- cation (Метод расчета энтальпии для уравнения состояния). 57 Для выбора компонентов необходимо активировать закладку Com- ponents (Компоненты) рассматриваемого окна (рис. 4.2.4). В правой части данной закладки находится поле Components Available From The Pure Com- ponent Library (Имеющиеся библиотечные компоненты), содержащее пол- ный перечень доступных для выбора индивидуальных веществ. Существу- ет три способа поиска: по условному имени (SimName), по полному имени (FullName) и по формуле (Formula). Сверху соответствующих столбцов таблицы находятся селективные кнопки выбора способа поиска. После вы- бора способа поиска в таблице компонентов будут отфильтрованы те ве- щества, которые больше всего соответствуют шаблону поиска, введенному в поле ввода Match (Шаблон). В завершение, нажатием кнопок Add Pure (Добавить) или Remove Comps (Удалить компоненты) можно переносить и удалять подсвеченные компоненты в список выбранных компонентов (Cur- rent Component List). Рис. 4.2.4 Раздел выбора компонентов программы HYSYS Следует отметить, что для добавления гипотетических компонентов (например, нефтяных псевдокомпонентов, соответствующих узким нефтя- ным фракциям) необходимо в поле Add Comps (Добавить компоненты) выбрать селективную кнопку Hypothetical (Гипотетические). В результате внешний вид текущей закладки изменится и в правой ее части появится ряд дополнительных кнопок, предназначенных для формирования гипоте- тических компонентов и их наборов. 58 По окончании редактирования пакета свойств необходимо закрыть специализированное окно, а в главном окне диспетчера базиса (Simulation Basis Manager) нажать кнопку Enter Simulation Environment (Вход в рас- четную среду). В результате этих действий, по умолчанию, откроется окно технологической схемы (PFD). В рассматриваемом примере, согласно рассмотренному в пункте 4 алгоритму, выбирается термодинамическая модель расчета – SRK (в том числе и для расчета энтальпий). Компоненты выбираются из системной базы данных индивидуальных веществ в соответствии с табл. 4.1. 4. Построение технологической схемы в программе HYSYS сво- дится, в основном, к размещению изображений технологического обору- дования (далее аппаратов или пиктограмм аппаратов), пиктограмм матери- альных и энергетических потоков на экране. Следует отметить, что необ- ходимость наличия энергетических потоков на схеме является отличитель- ной особенностью программы HYSYS. Иногда на этапе построения схемы возникает необходимость в создании новых и модификаций имеющихся пиктограмм. Рассмотрим последовательность выполнения этих шагов. 4.1. Размещение изображений аппаратов. Каждый квадрат палитры рабочих элементов (панель Case (Касса объектов)) содержит пиктограмму аппарата. Для выбора пиктограммы аппарата надо установить на ней курсор мыши, появится подсказка с названием пиктограммы, и далее щелкнуть ле- вой клавишей мыши. После этого на экране отображается курсор в виде пря- моугольника, который можно перемещать по экрану. Для отказа от выстав- ления пиктограммы на экран нажимается пиктограмма Cancel (Отмена), имеющая вид красного креста, на палитре рабочих элементов. Рядом с пикто- граммой автоматически выставляется ее идентификационный номер. Эти номера присваиваются последовательно для одинаковых аппаратов. Все последующие действия по выбору и размещению пиктограмм выполняются аналогичным образом. 4.2. Модификация пиктограмм аппаратов. У каждого аппарата, как правило, имеется множество пиктограмм. Для этого надо выделить пикто- грамму, щелкнув на ней правой кнопкой мыши, после чего на экран выво- дится контекстное меню, некоторые команды которого рассмотрены ниже: – Delete (Удалить) – удаляет выделенный объект; – Transform/Rotate (Преобразовать/Поворот) – выполняет поворот выделенного объекта на выбранный угол относительно оси X; – Transform/Mirror (Преобразовать/Отразить) – выполняет поворот выделенного объекта относительно оси Y или Х на 180 °С; – Change Icon (Сменить значок) – позволяет изменить вид пикто- граммы на альтернативный для выделенного объекта. 59 В отличие от других программных продуктов данного класса, в УМП HYSYS соединение пиктограмм аппаратов потоками осуществляется ав- томатически, после настройки параметров рабочих элементов технологи- ческой схемы. В соответствии с изложенным, создается расчетная схема рас- сматриваемого примера (рис. 4.2.5). Рис. 4.2.5. Создание расчетной схемы в программе HYSYS 5. Задание параметров потоков питания. Задание параметров по- тока можно выполнить следующими способами: дважды щелкнуть левой клавишей мыши на интересующем потоке; использовать команду контек- стного меню View Properties (Вывести). В результате будет открыто спе- циализированное окно потока (рис. 4.2.6). Рис. 4.2.6. Редактирование параметров потока в программе HYSYS 60 Термодинамическое состояние потока задается на странице закладки Worksheet (Рабочая таблица), специализированного окна потока. Состоя- ние потока определяется любыми двумя параметрами из трех следующих: температуры (Temperature), давления (Pressure) и доли пара (Vapour/Phase Fraction); обычно задаются температура и давление. Для каждого потока питания нужно задать расход по всем вещест- вам, включенным в список компонентов, либо задаться суммарным расхо- дом компонентов и их концентрациями. В первом случае суммарный рас- ход задается на странице Conditions (Условия) поле Molar Flow (Мольный расход) либо Mass Flow (Массовый расход). Данные по составу потока вводятся на странице Composition (Состав) рассматриваемого окна, после выбора размерности состава в специализированном окне вызываемым на- жатием левой клавишей мыши кнопки Basis (Единицы, рис. 4.2.7). В рассматриваемом примере, после двойного щелчка левой клавишей мыши по сырьевому потоку колонны, задается температура (40 °С) и давление потока (767 кПа). Выбрав единицы измерения состава Mass Flows (Массовые расходы, рис. 4.2.7) задается состав потока, в соответствии с таблицей 4.1. Рис. 4.2.7. Выбор размерности состава потока в программе HYSYS 6. Ввод параметров оборудования. По аналогии с заданием пара- метров потока, для ввода параметров оборудования также используются: двойной щелчок левой клавишей мыши на единице оборудования, команда контекстного меню View Properties (Вывести). 61 Вид окна ввода параметров определяется типом оборудования и ис- пользуемыми параметрами оборудования, которые заложены в его моду- лях расчета. Окно может содержать один и более разделов. Наиболее сложным, содержащим значительное число входных параметров является рабочий элемент – колонна. В программе HYSYS имеется несколько зара- нее подготовленных моделей ректификационных колонн, представленных различными пиктограммами на палитре рабочих элементов. Для облегче- ния ввода исходных данных по любому из них по умолчанию предусмот- рено использование инспектора ввода (Input Expert), позволяющего раз- бить процедуру ввода исходных данных на несколько последовательных шагов. В программе предусмотрен и непосредственный ввод исходных данных в главное окно колонны без использования инспектора ввода (ко- манда меню Tools/Preferences/Simulation/Options/Use Input Experts (Инст- рументы/Настройки/Расчет/Опции/Инспектор ввода)). Ниже рассматрива- ются окна ввода параметров для ряда аппаратов, используемых в рассмат- риваемом примере. В рассматриваемом примере используется рабочий элемент модели колонны Distillation Column (Ректификационная колонна), т.е. колонны, содержащей конденсатор и ребойлер. После двойного щелчка левой кла- виши мыши по соответствующей пиктограмме элемента расчетной схе- мы на экран выводится первое окно инспектора ввода исходных данных по колонне (рис. 4.2.8). Рис. 4.2.8. Первое окно инспектора ввода полной ректификационной колонны программы HYSYS 62 Поскольку задается колонна на основе имеющегося шаблона полной ректификационной колонны, HYSYS по умолчанию задает начальные зна- чения для различных параметров модели, таких как число тарелок в ко- лонне. В начальный момент активно поле ввода # Stages (число тарелок), о чем свидетельствует наличие жирной рамки вокруг этого поля ввода. По умолчанию для этого параметра задано значение 10, которое также отображается в поле ввода вверху специализированного окна. Немало- важно заметить, что: – параметр тарелок в данном случае характеризует число теоре- тических тарелок, так как в программе по умолчанию установлено значе- ние эффективности тарелки равное единице; – конденсатор и кипятильник колонны рассматриваются отдельно и не входят в заданное число тарелок колонны. В нашем примере для мо- делирования колонны нам подойдет значение количества теоретических тарелок равное 20. Далее необходимо перейти в поле ввода Inlet Streams (Питание), дважды щелкнув мышью по ячейке, содержащей слово Stream (Поток). После открытия выпадающего списка в поле ввода вверху специализиро- ванного окна, щелкнув мышью по соответствующей кнопке, необходимо выбрать в качестве питания колонны идентификационную метку сырье- вого потока. HYSYS по умолчанию задаст положение тарелки питания в середине главной секции (Маiп ТS) колонны, в данном случае на тарелке с номером 10 (что можно определить по строчке «10_Маiп ТS» в колонке Inlet Stage (Тарелка). Аналогично выбору потока в качестве тарелки пи- тания задается 11 тарелка. Работа конденсатора рассматриваемой колонны организованна таким образом, что паровой продукт не образуется, а балансовое количе- ство флегмы выводится в качестве продукта верха колонны. В поле Condenser (Конденсатор) необходимо щелкнуть мышью по селективной кнопке Total (Полная), и выходной поток пара из верхнего отбора конден- сатора исчезнет. Далее необходимо задать оставшиеся названия входных и выходных потоков колонны. После окончания задания имен всех потоков колонны (в том числе и энергетических из конденсатора и в ребойлер) станет активной кнопка Next> (Далее>) – это означает, что вся необхо- 63 димая информация на данной странице инспектора ввода полной колонны уже задана, и можно переходить к следующей странице (рис. 4.2.8). На следующей странице инспектора ввода необходимо задать дан- ные по давлению в колонне. В соответствии с исходными данными рас- сматриваемого примера в поле Condenser Pressure (Давление в конденса- торе) задается величина в 700 кПа, в поле Condenser Pressure Drop (dP конденсатора) задается величина перепада давления в конденсаторе 50 кПа, а в поле Reboiler Pressure (Давление в ребойлере) задается величи- на в 785 кПа (рис. 4.2.9). Рис. 4.2.9. Второе окно инспектора ввода полной ректификационной колонны программы HYSYS Следующих два окна инспектора ввода схожи с предыдущем, за ис- ключением того, что в третьем окне необходимо задать параметры на- чальных приближений температур в конденсаторе, на верхней тарелке колонны и в ребойлере (в рассматриваемом примере не задаются), а в четвертом, последнем, начальных приближений расходов верхнего про- дукта, нижнего продукта и кратности орошения. В рассматриваемом примере задается только начальное приближение по расходу верхнего продукта (235 кг/ч). По завершении работы с инспектором ввода необхо- 64 димо нажать кнопку Done (Готово), в результате чего откроется глав- ное окно редактирования колонны, содержащее все минимально необхо- димые исходные данные (рис. 4.2.10). При открытии окна программа в большинстве случаев автоматически открывает страницу Connections (Соединения) закладки Design (Данные) этого специализированного окна. Рис. 4.2.10. Главное, специализированное окно колонны программы HYSYS Далее необходимо перейти на страницу Monitor (Монитор), где осуществляется редактирование спецификаций колонны. На данном эта- пе активна спецификация для расхода верхнего продукта (Distillate Rate), которую предполагается использовать лишь как начальное приближение. Щелкнув мышью по флажку Aktive (Актив) в соответствующей данной спецификации строке таблицы спецификаций, необходимо снять его. Ко- личество степеней свободы расчета увеличится до двух. Таким образом, необходимо задать 2 активных (т.е. участвующую в расчете) специфика- ции. В данном примере, в соответствии с исходным заданием, задается две спецификации состава верхнего и нижнего продукта. С этой целью нажимается кнопка Add (Добавить) и в появившемся окне Add Specification (Добавить спецификацию, рис. 4.2.11) выбирается строка Column Component Fraction (Доля компонента). 65 Рис. 4.2.11. Добавление спецификации колонны программы HYSYS После нажатия кнопки Add Spec(s)…(Добавить), на экран будет вы- ведено окно редактирования данной спецификации (рис. 4.2.12), где необ- ходимо задать ключевой компонент (группу компонентов) и значение спе- цификации (концентрацию компонента(ов)). После чего, закрыв окно ре- дактирования спецификаций, вернутся на страницу Monitor главного окна колонны. Текущее число степеней свободы станет равно нулю, что озна- чает готовность колонны к окончательному расчету. Рис. 4.2.12. Редактирование спецификации колонны программы HYSYS 66 Для того чтобы начать расчет колонны необходимо нажать кнопку (Пуск). В случае удачного расчета индикатор состояния в нижней части колонны изменит свой цвет с красного на зеленый и появится надпись (Сошелся). В окне редактирования насоса (рис. 4.2.13), вызываемого двойным щелчком левой клавиши мыши по соответствующей пиктограмме элемента расчетной схемы, необходимо задать потоки и параметры расчета. Потоки (сырьевой, продуктовый и энергетический к приводу насоса) задаются на странице Connections (Соединения) закладки Design (Данные) этого специализированного окна. Спецификации расчета насоса (Delta P равная 1000 – 785 = 215 кПа и адиабатическая эффективность (Adiabatic Efficiency), условно принятая 90 %) на странице Parameters (Параметры) закладки Design (Данные) специализи- рованного окна редактирования рабочего элемента – насос (рис. 4.2.13). Рис. 4.2.13. Редактирование параметров расчета насоса в программе HYSYS По окончании редактирования всех рабочих элементов расчетная технологическая схема примет законченный вид (рис. 4.2.14). |