Худович И.М. Современные системы автоматизированного моделирован. Уо Полоцкий государственный университет современные системы автоматизированного моделирования химикотехнологических процессов
 Скачать 1.72 Mb.
|
|
7. Запуск программы моделирования. В программе HYSYS создание технологической схемы и редактирование рабочих элементов может про- исходить либо в активном режиме (по умолчанию включен), либо в режи- ме ожидания. В случае работы в активном режиме (Solver Active) расчет рабочих элементов осуществляется одновременно с их редактированием 67 по мере ввода исходных данных (за исключением колонного оборудова- ния, где в соответствующем окне нажимается кнопка Run). Таким образом, по окончании редактирования технологической схемы, она оказывается полностью рассчитана. В случае работы в неактивном режиме (Solver Holding, включается путем нажатия кнопки с изображением красного светофора на панели ин- струментов), для проведения расчета необходимо просто перейти в актив- ный режим (включается путем нажатия кнопки с изображением зеленого светофора на панели инструментов, рис. 4.2.14). Рис. 4.2.14. Отредактированная технологическая схема в программе HYSYS 8. Просмотр результатов. Просмотр полученных результатов ис- пользуется как на промежуточных этапах моделирования технологической схемы, так и по его завершении. В любой момент все данные для модели- рования и его результаты можно просмотреть в рабочей тетради програм- мы HYSYS. Доступ к рабочей тетради (Workbook) может быть получен с помощью команды меню Window/ Workbook (Окно/Рабочая тетрадь), либо нажатием соответствующей кнопки на панели инструментов. 9. Составление отчета. HYSYS позволяет создавать отчет о ре- зультатах моделирования в виде таблиц с помощью команды Tools/Reports (Инструменты/Отчеты). Их можно вывести на экран (кнопка Preview (Про- смотр) диспетчера отчетов, рис. 4.2.15), сохранить в текстовом файле (на- жатие кнопки Print (Печать) при установленном флаге Text to File (Текст в файл) диспетчера отчетов) или послать отчет на устройство печати (нажа- тие кнопки Print (Печать) при снятом флаге Text to File (Текст в файл) дис- петчера отчетов). 68 Рис. 4.2.15. Диспетчер отчетов программы HYSYS Для создания нового отчета необходимо нажать кнопку Create (Соз- дать) в диспетчере отчетов (Report Manager) программы. В результате на экране появится окно генератора отчетов Report Builder (Создание отчета), в окне которого необходимо нажать кнопку Insert Datasheet (Добавить блок) для добавления необходимого блока результатов в отчет. В открыв- шемся окне Select Datablocks for Datasheets (Выбор блоков для вывода в отчет) формируется состав отчета (рис. 4.2.16). В случае если необходимо вывести полный отчет, в поле Objects данного окна выбирается строка Рис. 4.2.16. Выбор блоков для вывода в отчет в программе HYSYS 69 Ниже приводятся элементы отчета по решению рассматриваемой задачи, посвященные колонне и насосу: Tray Summary Reflux Ratio: 0.5665 Temp. Pressure Liquid Vapour Feeds Draws Duties (C) (kPa) (kg/h) (kg/h) (kg/h) (kg/h) (MJ/h) Condenser 56.99 700.0 128.8 --- --- 227.3 -120.5 1__Main TS 70.56 750.0 132.8 356.1 2__Main TS 74.92 751.8 132.7 360.1 3__Main TS 76.97 753.7 132.3 360.0 4__Main TS 78.08 755.5 131.6 359.6 5__Main TS 78.87 757.4 130.7 358.9 6__Main TS 79.63 759.2 129.5 358.0 7__Main TS 80.50 761.1 127.8 356.8 8__Main TS 81.57 762.9 125.6 355.1 9__Main TS 82.97 764.7 122.1 352.9 10__Main TS 85.05 766.6 114.1 349.4 11__Main TS 89.32 768.4 1537 341.4 1000 12__Main TS 90.94 770.3 1549 763.9 13__Main TS 92.50 772.1 1560 776.6 14__Main TS 94.31 773.9 1571 786.9 15__Main TS 96.56 775.8 1586 798.5 16__Main TS 99.35 777.6 1605 813.2 17__Main TS 102.7 779.5 1630 832.7 18__Main TS 106.8 781.3 1660 857.8 19__Main TS 111.5 783.2 1690 887.5 20__Main TS 118.1 785.0 1703 917.1 Reboiler 130.9 785.0 -- 930.4 --- 772.7 313.4 Results Pump: P-100 Total Head --- Velocity Head -4.726e-006 m Pressure Head 40.73 m Duty (m) --- Not Active Power (kJ/h) 343.0 Not Active Adiabatic Efficiency (rpm) --- Not Active Capacity (m3/h) 1.174 Polytropic Efficiency (%) 90.00 Active Use Characteristic Curves Not Active Pressure Increase (kPa) 215.0 Active Pump is Acting as a Turbine Not Active Как видно из результатов расчета программы HYSYS расчетная тем- пература в конденсаторе составляет 56,99 °С, в ребойлере 130,9 °С, тепло- вая нагрузка конденсатора 120,5 МДж/час, ребойлера 313,4 МДж/час. Моль- ная кратность орошения в колонне 0,5665. 70 Расчет насоса показал, что его мощность (при кпд 90 %) должна составлять 343 кДж/час (0,0953 кВт), а напор насоса составит 40,73 м. 4.3. Краткое руководство и пример использования УМП ChemCad Ввод исходных данных и параметров моделирования осуществляется в соответствии с общей схемой, рассмотренной ранее. 1. Создание нового файла технологической схемы. При работе с за- данием (технологической схемой) подразумевается его загрузка, сохране- ние и управление этим заданием. Для открытия нового задания используется команда File/New Job (Файл/Новое задание) на панели инструментов, после чего программа в окне Сохранение файла предложит ввести имя файла. Это имя использует- ся для создания нового подкаталога в каталоге программы CC5DATA. Задание из существующего на диске файла можно открыть, исполь- зуя команду File/Open Job... (Файл/Открыть задание...) на панели инстру- ментов. Все последующие действия выполняются стандартным образом, как для любого приложения Windows. После открытия нового задания в заголовке окна выводится его имя, отображаются меню, панель инструментов и Main Palette (Основная палит- ра). Текущий режим программы указывается в строке состояния: Mode: Flowsheet (Режим: Технологическая схема). После открытия существую- щего на диске задания текущим режимом программы является режим Mode: Simulation (Режим: Моделирование). 2. Выбор технических размерностей. В программе представлены три набора единиц измерения: английский, метрический и СИ. Эти наборы называются профилями единиц измерения. Для выбора технических размерностей используется команда Format/Engineering Units (Формат/Единицы измерения). На экран выводит- ся окно (рис. 4.3.1) Engineering Unit Selection (Выбор единиц измерения). В списках области Stream Flow Units (Расходные единицы потока) выбираются глобальные размерности расхода: – Total Flow (Общий расход) – общего расхода; – Component Flow (Расход компонентов) – расхода компонентов потока. Выбор текущих размерностей производится с помощью соответст- вующих кнопок, расположенных в нижней части окна: English (Англий- ская), Si (СИ), Metric (Метрическая). В данном примере, выбирается система единиц измерения SI, и редак- тируются единицы измерения температуры (выбираются из списка градусы 71 Цельсия). По окончании редактирования нажимается кнопка Save Profile (Со- хранить профиль) и OK (Выход из окна с сохранением изменений). Рис. 4.3.1. Окно выбора единиц измерения программы ChemCad 3. Выбор компонентов. В соответствии с этапами моделирования следующим шагом является задание списка химических компонентов про- цесса. Выбор компонентов производится из банка данных программы. Для этого используется команда ThermoPhisical/Component List (Термофизи- ка/Список компонентов) на панели инструментов. После выполнения ко- манды на экран выводится окно Component Selection (Выбрать компонент, рис. 4.3.2). Команда и кнопка доступны в режиме Mode: Simulation (Режим: Моделирование), для перехода в который используется команда операци- онного меню Edit Flowsheet (Редактирование технологической схемы) на панели инструментов. В области Component Databank (Банк данных компонентов) перечис- лены все компоненты всех баз данных системы и локальных пользователь- ских баз данных. Список компонентов составлен по возрастанию их иден- тификационных номеров (ID). В поле Search for (Поиск по) компоненты вводятся либо по ID номерам, либо по названиям или формулам. С помо- щью кнопки Next (Следующий) можно перемещаться по списку области Component Databank в соответствии с введенным в поле Search for поиско- вым контекстом. В левой части окна в области Selected Components (Выбранные ком- поненты) отображается список компонентов, используемых в задании. Он 72 создается по мере выбора нужного компонента из списка области Component Databank. Для выбора нужного компонента требуется либо на- брать его номер в поле Search for (Поиск по) и нажать клавишу [ENTER], либо дважды щелкнуть левой клавишей мыши на имени компонента. Вы- бранный компонент выводится в области Selected Components. Созданный список компонентов можно соответствующим образом изменять: – Add (Добавлять) новые компоненты в список. Для этого надо либо выбрать нужный компонент в области Component Databank, либо ввести его номер в поле Search for и нажать кнопку Add. Добавленный компонент появится в конце списка, созданного в области Selected Components; – Insert (Вставлять) новые компоненты в список. Для этого надо ус- тановить курсор мыши на том компоненте, перед которым будет встав- ляться новый, выбрать нужный компонент в области Component Databank и нажать кнопку Insert; – Delete (Удалять) компонент из списка. Для этого выбирается уда- ляемый компонент и нажимается кнопка Delete. Причем вся информация и ссылки на удаленный компонент также убираются из модели; – Clear (Очистить) все присутствующие в списке компоненты. Для сохранения созданного списка компонентов надо нажать кнопку ОК. Программа перешлет эти данные в файл задания и вернется в режим Mode:Simulation. В рассматриваемом примере, в соответствии с табл. 4.1, выбира- ются компоненты с ID номерами 3-8, 10-12, 14. Рис. 4.3.2. Окно выбора компонентов программы ChemCad 73 4. Выбор термодинамических моделей. Термодинамические свой- ства потоков определяются заданием любых двух параметров из следую- щих: температура, давление, доля пара и энтальпия. Чтобы получить точные результаты расчетов, необходимо выбрать ме- тод, наиболее подходящий для данной химической системы. Выбор термо- динамических моделей сводится преимущественно к выбору пригодных ме- тодов расчета констант фазового равновесия, энтальпии, энтропии, плотно- сти, а в ряде задач и вязкости, теплопроводности и поверхностного натяже- ния содержимого потока. ChemCad содержит примерно 40 методов расчета констант фазового равновесия с различными вариантами и около 12 способов расчета энтальпии. Для выбора термодинамических методов используются команды меню ThermoPhisical (Термофизика): K-Value (Константа фазового равновесия, рис. 4.3.3) и Enthalpy (Энтальпия, рис. 4.3.4), доступные в режи- ме Mode: Simulation (Режим: Моделирование). В данном примере, в соответствии со схемой выбора (описанной ранее в п. 4), выбирается термодинамический метод расчета, как кон- стант фазового равновесия, так и энтальпий – SRK. Рис. 4.3.3. Окно выбора метода расчета свойств программы ChemCad 5. Построение технологической схемы сводится, в основном, к размещению изображений технологического оборудования (далее аппара- 74 тов или пиктограмм аппаратов) на экране и соединению их потоками. Ино- гда на этапе построения схемы возникает необходимость в создании новых и модификаций имеющихся пиктограмм. Рассмотрим последовательность выполнения этих шагов. Рис. 4.3.4. Окно выбора метода расчета свойств программы ChemCad 5.1. Размещение изображений аппаратов. Выставление изображений аппаратов выполняется в режиме Mode: Edit Flowsheet (Режим: Редактиро- вание технологической схемы). При создании нового задания переход в этот режим выполняется автоматически. На экран выводится Main Palette (Основная палитра). Каждый квад- рат палитры содержит символ, указывающий его функции, и пиктограммы аппаратов. Вывести/убрать основную палитру можно с помощью команды View/Main Pallete (Просмотр/Основная палитра), на панели инструментов. Кроме основной палитры для ряда пиктограмм выводится Sub Palletes (Подпалитра) с дополнительными вариантами пиктограмм аппарата. Вызов подпалитры выполняется щелчком правой кнопки мыши на изображении пиктограммы. Для выбора пиктограммы аппарата надо установить на ней курсор мыши, появится подсказка с названием пиктограммы, и далее щелкнуть левой клавишей мыши. После этого на экране отображается кур- сор в виде квадрата, который можно перемещать по экрану. Для отказа от выставления пиктограммы на экран выполняется команда Edit/Undo (Ре- дактирование/Отменить). Команда позволяет последовательно отказаться от всех выставленных на экран пиктограмм аппаратов. Для восстановления на экране отмененных ранее пиктограмм выполняется команда Edit/Redo (Редактирование/Восстановить). 75 Размещение изображений аппаратов технологической схемы начина- ется, как правило, с выставления пиктограммы Feed (Питание). Для раз- мещения выбранной пиктограммы надо щелкнуть левой клавишей мыши – и в указанном месте она отобразится. Рядом с пиктограммой автоматиче- ски выставляется ее ID (идентификационный номер). Эти номера присваи- ваются последовательно, начиная с 1, в порядке выставления пиктограмм. После размещения первой пиктограммы на экране вновь появляется основная палитра для выбора другой пиктограммы аппарата. Все после- дующие действия по выбору и размещению пиктограмм выполняются ана- логичным образом. Завершение размещения изображений аппаратов тех- нологической схемы заканчивается выставлением пиктограмм Product (Продукт). 5.2. Создание и модификация пиктограмм аппаратов. У каждого ап- парата, как правило, имеется множество пиктограмм. Однако для решения практических задач этого может оказаться недостаточно. Поэтому программой предусмотрены широкие возможности моди- фикации пиктограмм. Для этого надо выделить пиктограмму, щелкнув на ней правой кнопкой мыши, после чего на экран выводится контекстное меню со следующими командами: – Cut (Вырезать) – вырезает выделенный объект и помещает его в буфер обмена; – Copy (Копировать) – копирует выделенный объект в буфер обмена; – Delete (Удалить) – удаляет выделенный объект; – Select All (Выделить все) – выделяет все объекты, расположенные в рабочей области окна; – Bring to Front (Перенести на передний план) – помещает выделен- ный объект на передний план; – Send to Back (Поместить на задний план) – помещает выделенный объект на задний план; – Flip Horisontal X (Вращение объекта относительно оси X) – вы- полняет поворот выделенного объекта относительно оси X; – Flip Vertical Y (Вращение объекта относительно оси Y) – выполня- ет поворот выделенного объекта относительно оси Y; – 90 Clock wise (Поворот по часовой стрелке на 90 градусов) – вы- полняет поворот выделенного объекта по часовой стрелке на 90 градусов; – 90 Conunter CW (Поворот против часовой стрелки на 90 градусов) – выполняет поворот выделенного объекта против часовой стрелки на 90 градусов; 76 – Edit ID (Редактирование ID) номера) – выполняет редактирование ID номера выделенного объекта. В окне Enter a new unit ID or press cancel (Введите новый ID номер оборудования или нажмите отказ) в соответст- вующее поле надо ввести новый ID номер и нажать кнопку ОК; – Edit Name (Редактирование имени) – позволяет ввести метку дли- ной не более 12 символов для выделенного объекта. В окне Enter new label or press cancel (Введите новую метку или нажмите отказ) в соответствую- щее поле надо ввести метку и нажать кнопку ОК; – Show ID (Показать ID номер) – выделяет порядковый номер объекта; – Redraw (Обновить) – обновляет изображение на экране. 5.3. Изображение потоков на технологической схеме. После завер- шения размещения аппаратов технологической схемы необходимо соеди- нить их материальными потоками. При изображении потоков следует ру- ководствоваться рядом общих правил: a) каждый поток направлен от аппарата-источника к аппарату- приемнику; б) каждый аппарат имеет позиции входа и выхода. Они останавли- ваются при создании пиктограммы аппарата. Программа ориентирует по- токи по отношению к этим позициям. Поток всегда направлен из выхода аппарата-источника к входу аппарата-приемника; в) начало потока определяется появлением курсора в виде стрелки рядом с позицией выхода из аппарата источника. При нажатой левой кноп- ки мыши программа строит поток из этой позиции; г) при изображении потока, приближаясь к позиции входа аппарата, вновь появляется курсор в виде стрелки. Поток фиксируется нажатием левой клавиши мыши. Одновременно рядом с потоком отображается его ID номер; д) для отказа от изображения потока надо нажать правую кнопку и выполнить Stop drawing stream (Приостановить изображение потока). Соединение аппаратов потоками выполняется в режиме Mode: FlowSheet. В Main Pallete (Основной палитре) надо выбрать символ Stream (Поток), который позволит указать начало и конец потока. После выпол- ненных действий курсор мыши принимает вид маленького креста. Для изображения потока курсор подводится близко к пиктограмме питания. Когда появится стрелка рядом с выходом аппарата, фиксируется левая кнопка мыши и с помощью мыши в соответствующем направлении рису- ется поток. Когда появится стрелка входного потока следующей пикто- граммы, снова фиксируется левая кнопка мыши. Программа изобразит по- ток, идущий прямо в эту точку и автоматически присвоит ему его ID 77 (идентификационный номер). С помощью соответствующих команд кон- текстного меню можно, по аналогии с модификацией выставленных пик- тограмм аппаратов, выполнять различные модификации потоков и их ID номеров. В соответствии с изложенным, создается расчетная схема рас- сматриваемого примера (рис. 4.3.5). Рис. 4.3.5. Создание расчетной схемы в программе ChemCad |