Muc lu c

Tô ng quan vê Pro/II

I - Giới Thiệu Phần Mềm Pro/II

II - 7 bước sử dụng phần mềm PROII

III - Sơ đồ một quy  trình dùng phần mềm PRO/II

IV - Nhập dữ liệu và chọn thuật toán

V - Kiểm tra độ tin cậy của kết quả

VI -  Một số công cụ hỗ trợ 

CHI TIÊ T CA C THIÊ T BI

A- FLASH

1. Giơi thiêu2. Phương pháp tinh toán3. Flash drum

B-SHORTCUT

1. Giơi thiêu tổng quan 2. Phương pháp tinh toán3. Phân loai mô hinh chưng cât:4. Phân loai

- 1 -

TỔNG QUAN VỀ PRO/II

I - Giới Thiệu Phần Mềm Pro / II

PROII là phần mềm của công ty SIMSCI, dẫn đầu trong lĩnh vực mô phỏng công nghệ từ năm 1967. Công ty SIMSCI là thành viên của Intelligent Automation Division, thuộc công ty Invensys. (địa chỉ website: http://www.simsci-esscor.com ) hoạt động trong lĩnh vực điều khiển tự động, cung cấp các phần mềm ứng dụng trong công nghệ lọc hoá dầu, thực phẩm, năng lượng,…

Phần mềm PRO/II là phần mềm mô phỏng trợ giúp các kỹ sư công nghệ hoá học, dầu khí, Polimer…Từ việc tách ra dầu và khí đến những quy trình chưng cất, PRO/II kết hợp những tài nguyên dữ liệu của thư viện thành phần hóa học rộng lớn và phương pháp dự đoán thuộc tính nhiệt động tiên tiến nhất. PRO/II là công cụ tính toán dễ dàng các cân bằng vật chất và năng lượng, nhằm mô phỏng quy trình ở trạng thái ổn định; theo dõi, tối ưu hóa, cải thiện năng suất…

Có thể vào trang chủ  PRO/II để biết chi tiết về phần mềm,cách dùng và nhiều hổ trợ khác,có thể đăng kí mua bản PRO/II.

II - 7 bước sử dụng phần mềm PROII

Sự mô phỏng kết quả tới Desktop được thực hiện qua 7 buớc:

1) Vẽ sơ đồ qui trình sản xuất:

Lựa chọn hoạt động đơn vị thích hợp từ PRO/II từ những biểu tượng thích hợp, trỏ vào nút biểu tượng, kích chuột, và thả đơn vị trong phạm vi hoạt động bằng cách kích lần nữa. Xác định rõ những dòng bằng cách chọn nút STREAM, kích chuột cho đầu vào và ra mỗi đơn vị công nghệ.

- 2 -

2) Định rõ những thành phần:

Kích nút biểu tượng những thành phần để vào một danh sách tất cả các thành phần trong quá trình. Chọn từ hơn 1,700 thành phần đuợc xây dựng trong cơ sở dữ liệu của SIMSCI bằng cách đánh vào tên thành phần hoặc lựa chọn từ danh sách đuợc xác định trước đó.

- 3 -

      3) Lựa chọn những phương thức Tính toán Nhiệt động:

- 4 -

Kích nút sơ đồ pha để chọn những phương thức nhiệt động từ danh sách những phương thức thường sử dụng, khái quát hóa, phương trình trạng thái, phương thức chất lỏng hoạt động, và những gói dữ liệu đặc biệt.

     4) Định rõ những dòng được nhập liệu:

- 5 -

Nhấn đúp vào mỗi dòng nhập liệu ngoài để cung cấp dữ liệu dòng ( lưu luợng chảy, thành phần, nhiệt độ, áp suất ).

      5) Cung cấp những điều kiện cho Qui trình

Nhấn đúp vào mỗi biểu tượng đơn vị hoạt động trong sơ đồ qui trình sản xuất , và cung cấp dữ liệu ( những vùng dữ liệu đuợc phác thảo màu đỏ). Khi nhập dữ liệu quá trình, vùng dữ liệu thay đổi màu từ đỏ đến xanh.

      6) Chạy mô phỏng

- 6 -

Một lần bạn cung cấp tất cả dữ liệu đuợc yêu cầu và không còn nhìn thấy những vùng đỏ, vậy là bạn sẵn sàng để chạy sự mô phỏng 

      7) Xem kết quả:

- 7 -

Sau khi chạy xong quá trình mô phỏng, bạn có thể xem lại những kết quả  và xếp thành bảng sử dụng báo cáo để in mặc định hoặc trực tiếp trong Excel.

III - Sơ đồ một quy   trình dùng phần mềm PRO/II

IV - Nhập dữ liệu và chọn thuật toán

     1) Nhập dữ liệu :

Khi nhập dữ liệu cần chú ý đến tính hợp lý các thông số công nghệ thực tế, do thiết bị có thể bị hư hỏng và cho kết quả sai mà không biết.Chương trình muốn hội tụ các thông số phải tương ứng và hài hoà với nhau. Một thông số  không hợp lý làm quá trình tính toán không hội tụ làm không biết nguyên nhân.

Quá trình nhập dữ liệu chỉ cần nhập một phần các giá trị cần thiết, các thông số còn lại được tính toán khi chạy chương trình.

Thông số được chia ra làm 3 loại:

Thông số không đổi: là thông số giữ cố định trong suốt quá trình tính toán như áp suất, nhiệt độ, lưu lượng dòng trích ngang…

Thông số ước lượng : là thông số phải khai báo hoặc không cần khai báo tuỳ ý. Đối với thông số này, bộ tính toán

- 8 -

xem như là giá trị đầu của thuật toán lặp, kết quả tính toán có thể khác so với giá  trị ước lượng ban đầu. Tuy nhiên kết quả ước lượng phải gần kề với giá trị kết quả thì chương trình mới hội tụ.

Thông số không cung cấp: là thông số không cần nhập, được phần mềm qui định.

Khi nhập xong dữ liệu vào, ô thông số chuyển sang màu xanh. Nếu dữ kiện vẫn còn thiếu thì ô có màu đỏ và cần bổ sung cho khi nào chuyển sang màu xanh thì mới được chạy chương trình.

      2) Chọn thuật toán:

Trong quá trình lặp, PRO II cần các giá trị ban đầu của thông số, từ đó PRÔ II tự động ước lượng bằng công cụ IEG dựa trên các thông số đã cung cấp. IEG chỉ được sử dụng hai thuật toán lặp I/O và Chemdist trong PRO/II. Khi mô phỏng quá trính chưng cất dầu mỏ thì I/O thường được sử dụng vì giải nhanh và phù hợp cho các hệ Hydrocacbon.

Phương pháp tính lặp I/O (inside/outside): chia công việc tính toán thành hai vòng lặp, vòng lặp nội và vòng lặp ngoại.Vòng lặp nội PRO/II giải các phương trình của cột chưng cất: phương trình cân bằng vật chất, cân bằng nhiệt và điều kiện biên. Vòng lặp nội dùng phương pháp tính gần đúng nên xác định các biên số rất nhanh.

Sau khi vòng lặp nội đã hội tụ (sai số giữa hai lần lặp đạt yêu cầu) thì PRO/II chuyển sang tính vòng lặp ngoại. Tại vòng lặp ngoại, sẽ tính các giá trịi như K (độ bay hơi tương đối ), H (enthalpy) dựa trên kết quả vòng lặp nội về thành phần, nhiệt độ. Việc tính toán các phương trình nhiệt động có thể chiếm tới 80% thời gian tính toán vì đây là các phương trình phức tạp về thành phần và áp suất.

PRO/II chia làm hai vòng lặp nội và ngoại để giảm số lần giải các phương trình nhiệt động, trong đó có vòng lặp nội tính toán gần đúng.

- 9 -

 

Lưu đồ tính toán của phương pháp I/O

Khi chương trình không hội tụ, có nhiều nguyên nhân dẫn đến không hội tụ:

- Thông số đầu vào không chính xác, dữ kiện bị thiếu hoặc quá chặc chẽ nên không thực hiện được.

- Do mô hình không hợp lý như không đủ số mâm lý thuyết, thuật toán chọn sai, bộ tính toán tính chất không phù hợp…

- Do thông số mặc định cho phần mềm không thích hợp: mặc dù quá trình hội tụ nhưng không đủ số vòng lặp nên không có đáp số, do vậy cần phải tăng thêm số vòng lặp tối đa cho phép hoặc giảm hệ số “damping”

- Sai số khắc khe, khó đạt được …

V - Kiểm tra độ tin cậy của kết quả

Khi đã phân tích kết quả và thấy mô hình tính toán phù hợp qui trình thực tế thì kiểm tra độ tin cậy của kết quả tính toán  bằng cách :

o Thay đổi bộ tính toán tính chất (phải phù hợp với hệ

đang mô phỏng).

o Thay đổi cấu tử giả của dòng nhập liệu

- 10 -

o Khi tăng số cấu tử giả mà kết quả tính toán chênh lêch

không đáng kể thì phải lấy kết quả mới chính xác hơn .

Nói chung bước kiểm tra độ tin cậy không nhất thiết phải được thực hiện nếu không có mối nghi ngờ nào.

VI -   Một số công cụ hỗ trợ   Bộ phận ngưng tụ:

Sản phẩm đỉnh từ tháp có bộ phận ngưng tụ tương tự như sản phẩm từ reflux accumulator drum.

Việc lựa chọn bộ phận ngưng tụ tuỳ thuộc vào các yếu tố:Thành phần,Nhiệt độ bay hơi, nhiệt độ làm việc, nhiệt độ quá lạnh, độ giảm nhiệt độ quá lạnh.

Bộ phận đun lại(nồi đun lại)-Thường được tự mặc định dạng tiêu chuẩn(kettle):được xây dựng

dựa trên năng suất của mâm đáy củ tháp với sản phẩm cân bằng lỏng là sản phẩm đáy.

-Đối với thuật toán I/O và I/O mở rộng, ta có thể dùng các dang sau: nồi đun lại có điều chỉnh lưu lượng và ồi đun lại không điều chỉnh lưu lượng.

-Đối với các thuật toán khác thì chỉ có thể dùng nồi đun lại tiêu chuẩnLưu y:

-Những nồi đun lại có điều chỉnh lưu lượng(nồi đun lại sẽ đưa dòng lại bồn chứa của nồi đun và chảy tràn vào bồn chứa sản phẩm) thì tương tự nồi đun không điều chỉnh lưu lượng về mục đích mô phỏng và được tạo mẫu như nhau

-Các cài đặt của thermosiphon nồi đun:+Thành phần của dòng lỏng hồi lưu của nồi đun+ Nhiệt độ của dòng hồi lưu+ Nhiệt độ thay đổi khi đi qua nồi đun+ Tốc độ quay vòng của nồi đun

Bộ phận làm nong, làm mát:

- 11 -

-Các bộ phận này được đi kem với máy bơm, năng suất âm dùng để chỉ quá trình làm mát, năng suất dương cho quá trình làm nóng. Không có giới hạn về số lượng của các bộ phận này.

-Đối với mỗi bộ phận làm nóng, làm mát, cần khai báo các thông số sau: số mâm, tên, năng suất(có dấu phù hợp)

CHI TIÊ T CA C THIÊ T BI

A- FLASH

1. Giơi thiêu:

Thiết bị phân tách cân bằng pha mô phỏng các hoạt động dựa trên sự cân bằng pha. Có thể dùng để mô phỏng 1 số thiết bị cân bằng đơn giản như thiết bị bốc hơi thiết bị lắng gạn,thiết bị cô đặc.

2. Phương pháp tinh toán:Pro/II chứa những phần tính toán cho những trạng thái cân bằng tách

chẳng hạn như flash drums , mixers,valves,splitters. Flash calculations cũng thường được dùng để xác định trạng thái nhiệt động của mỗi dòng vào cho một số đơn vị vận hành . Đối với Flash calculation cho 1 vài dòng, ở đây có sự tổng cộng của NC và 3 mức độ của tự do. NC là số của tất cả các cấu tử trong dòng này . Nếu thành phần cấu tạo của dòng và tỉ lệ được trộn lận thì cũng có 2 bậc tự do cũng được trộn . Ví dụ nhiệt độ và áp suất của tách đẳng nhiệt .Nói thêm , đối với tất cả các đơn vị vận hành, Pro cũng có thể biểu diễn 1 Flash calculation trên dòng sản phẩm tại điều kiện đầu ra.Sự khác biệt enthalpy của dòng sản phẩm và dòng vào là net duty của đơn vị vận hành.

- 12 -

Hệ thống các phương trình: Toång caân baèng khoái löôïng :

- 13 -

3. Flash drumĐơn vị của Flash drum có thể được vận hành với những thông số điều

kiện , đẳng nhiệt đỉêm sương , đỉêm sủi bọt khác nhau …Đỉêm sủi bọt cũng có thẻ đựơc xác định cho pha hydrocacbon hay pha nước . Đỉêm cao hơn đỉêm sương cũng có thể được xác định cho tổng dòng. Nói thêm, đối với 1 số dòng tổng quát đặc biệt như tốc độ cấu tử hay là đặc tính dòng đặc biệt chẳng hạn như sulfur có chứa áp suất và nhiệt độ.

- 14 -

B- SHORTCUT

1. Giơi thiêu tổng quan:Shortcut được sử dụng trong tính toán sơ bộ để xác định số bậc cần

thiết đối với 1 sự phân tách cho trước. Việc tính toán dựa trên quy trình cổ điển Fenske-Gilliland-Underwood, được làm thích ứng để xử lý các bộ ngưng tụ 1 phần hay toàn phần. Ta nên sử dụng các mô hình tính toán nhanh trong các giai đoạn đầu của tính toán flowsheeting để hội tụ các dòng hoàn lưu 1 cách dễ dàng hơn, bởi các thông số sẽ luôn luôn được thoả mãn ngay cả khi việc định kích thước có vấn đề.

Pro/II điều khiển phương pháp tính toán chưng cất shortcut nhằm xác định trạng thái làm việc của tháp như phân tách cấu tử, số đĩa cực tiểu, tỉ số hồi lưu tối thiểu. Thiết bị Shortcut giả thiết rằng luợng trung bình của chất dễ bay hơi có thể được xác định. Quy trình Fenske đuợc dùng để tính toán hiệu suất và số đĩa cực tiểu cần thiết. Tỉ số hồi lu tối thiểu đuợc xác định bởi phương pháp Underwood. Quy trình Gilliland đuợc dùng để tính số đia lý thuyết yêu cầu, tỉ lệ dòng hồi lưu thực tế. Đồng thời

- 15 -

phương pháp này cũng xác định chức năng của thiết bị ngung tụ và đun sôi để có thể đem lại tỉ số hồi lưu thấp nhất. Cuối cùng, quy trình Kirkbride dùng để xác định vị trí nhập liệu tối ưu.

Shortcut là 1 phương pháp rất có ích cho những ai lần đầu thiết kế những đồ án thực tế. Phương pháp này có nhược điểm là không hoạt động đối với một số hệ thống. Đối với hệ thống gần như không lý tửơng, shortcut sẽ cho kết quả rất xấu hoặc không có kết quả. Trong các trừơng hợp tháp có nhiều chất dễ bay hơi khác nhau shortcut cũng sẽ cho kết quả rất xấu.

Các chế độ làm việc của thiết bị ngưng tụ có thể chọn sao cho phù hợp:

Partial: ngưng tụ 1 phần

Mixed: ngưng tụ hỗn hợp

Bubble Temperature : ngưng tụ ở nhiệt độ sôi(chọn)

Subcooled, Fixed Temperature : nhiệt độ quá lạnh

Subcooled, Fixed Temperature Drop : độ giảm nhiệt độ quá lạnh

2. Phương pháp tinh toán

Quy trình Fenske:

Mối quan hệ giữa tốc độ hoá hơi giữa cấu tử i và cấu tử j trên mỗi đĩa trong tháp được thể hiện qua phương trình sau

với x:thành phần mol trong pha lỏng

y:thành phần mol trong pha hơi

chỉ số i, j tương ứng với cấu tử i và j

chỉ số N là số đĩa phản ứng.

Đối với những tháp có độ bay hơi giữa các cấu tử chênh lệch rất nhỏ,

- 16 -

ta có thể định nghĩa độ bay hơi trung bình. Đó sẽ là gía trị trung bình của sản phẩm đỉnh và sản phẩm đáy

Số đĩa lý thuyết tối thiểu được tính theo công thức

Quy trình Underwood:

Giá trị của độ bay hơi của các cấu tử trong dòng nhập liệu quyết định cấu tử nào nhẹ cấu tử nào nặng. Cấu tử nhẹ là cấu tử dễ bay hơi và ngược lại.

Nếu ta đặt αj là độ bay hơi tương đối trung bình của cấu tử j

với j là cấu tử khóa

αj=1 cấu tử khóa

αj>1 cấu tử nhẹ hơn cấu tử khóa

αj<1 cấu tử nặng hơn cấu tử khóa

Phương pháp Underwood được dùng để xác định tỉ số hồi lưu cần thiết ứng với số mâm là vô cùng để tách hoàn toàn cấu tử khoá. Đối với 1 tháp có số mâm là vô cùng,quá trình chưng cất sẽ tách loại hoàn toàn cấu tử nặng hơn cấu tử khóa. Tương tự, sản phẩm đáy sẽ loại hết cấu tử nhẹ hơn cấu tử khóa. Đối với những cấu tử có độ bay hơi ở khoảng giữa hai cấu tử nặng nhẹ và sẽ được phân bố giữa sản phẩm đỉnh và sản phẩm đáy.

- 17 -

Phương trình được phát biểu bởi Shiras cũng có thể được dùng để xác định chỉ số hồi lưu tối thiểu nếu chọn được cấu tử khóa chính xác :

Quy trình Kirkbride:

Vị trí đĩa nhập liệu tối ưu được xác định bởi phương trình Kirkbride

Với m là số giai đoạn lý thuyết phía trên đĩa nhập liệu.

p là số giai đoạn lý thuyết phía dưới đĩa nhập liệu

Tương quan Gilliland:

Tương quan Gilliland được Pro II sử dụng để dự đoán mối quan hệ giữa số đĩa tối thiểu và chỉ số hồi lưu tối thiểu để tìm ra chỉ số hồi lưu thực và số đĩa lý thuyết phù hợp.

Điểm phản ứng được người sử dụng chọn như điểm giữa hệ thống đĩa và dòng hổi lưu. Dựa trên tỉ số hồi lưu phù hợp, chế độ làm việc của đỉnh tháp sẽ đựơc tính toán và kết hợp xác định cho thiết bị ngưng tụ. Bộ phận đun sôi được tính toán từ phương trình cân bằng nhiệt.

3. Phân loai mô hinh chưng cât:

2 dạng được sử dụng trên ProII là: mô hình tiêu chuẩn và mô hình tinh chế

- 18 -

Mô hình tiêu chuân:

Được mặc định sẵn trong ProII

Chế độ dòng hoàn lưu tổng được cài đặt sẵn trong tháp

Mô hình tinh chê:

Tháp tính tóan nhanh bao gồm 1 dãy các tháp có 1 dòng nhập liệu và 2 dòng sản phẩm bẳt đầu từ phần ở đáy.

Không có hồi lưu giữa các phần

4. Phân loai:

Simple column

Là tháp mà chỉ có 1 dòng nhập liệu được đưa vào tháp ở vị trí giữa nồi đun và thhiết bị ngưng tụ.

Chỉ được áp dụng cho pp chưng cất nghiêm ngặt

Complex column

Là tháp có nhiều hơn 2 sản phẩm, 2 mẫu chưng cất được ứng dụng cho complex column

Tháp tinh chế sản phẩm nặng: cực kì phù hợp cho dạng mẫu chưng cất thứ 2

STREAM CALCULATORSơ đồ quá trình của nhà máy khử khí mê tan

Nhập các cấu tử khí đưa vào:

- 19 -

Nhập mô hình nhiệt động:

Nhập các thông số cho dòng nhập liệu:

- 20 -

Các dữ liệu khác khai báo trong file project kèm theo bài báo cáo.Sau khi hoàn tất các thông số khai báo, chạy:

Ta thu được các kết quả sau:

- 21 -

Dựa vào số liệu kết quả ta có nhận xét: lượng metan đc tách ra dưới dạng hơi (dòng S9): 211.9973 lb-mol/hr, dưới dạng lỏng ở dòng S11 là 2.6722 lb-mol/hr. Hệ thống tách gần như hoàn toàn metan và cả nitrogeneĐưa công cụ Stream Calculator vào:

Đưa công cụ Stream Calculator vào để chia nhỏ dòng S11, ra hai dòng S12 và S13Nhập các khai báo thông số như sau:

- 22 -

Chạy ta có kết quả: Ta quan tâm đến kết quả dòng S11, S12, S13 để so sánh:

Dùng công cụ Stream Calculator đã chia thành 2 dòng Overhead Product và Bottom Product.Ở đây dòng Overhead Product là dòng sản phẩm giả với chỉ định thông số cho trước. Tổng quát là từ nhứng thông số của của dòng nhập liệu ban đầu Stream calculator có thể chia ra nhiều dòng với hai dòng là chung nhất, hoặc nó có thể tạo ra một dòng sản phẩm giả với chỉ định thông số cho trước.Stream calculator cho ta biết tỷ lệ hơi và lỏng trong từng dòng và tỷ lệ thành phần từng cấu tử trong mỗi dòng.Stream calculator là công cụ không thể thiếu trong việc tính toán mô phỏng việc chia nhỏ các dòng . Công cụ cho ta những kết quả sơ bộ từ đó ta có thể dự đoán được một cách gần đúng tính chất của các dòng tổng hợp từ các dòng với các thông số ban đầu mà có thể bằng rất nhiều thực nghiệm mới rút ra được.

- 23 -