Muc luc

TÔNG QUAN VÊ PRO/II

I./ Giới Thiệu Phần Mềm Pro/II

II./ Bảy 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 TIÊT CAC THIÊT BI

A. FLASH1./ Giơi thiêu2./ Phương pháp tinh toán3./ Flash drum

B./ SHORTCUT1./ Giơi thiêu tổng quan 2./ Phương pháp tinh toán3./ Phân loai mô hinh chưng cât:4./ Phân loai

C./ DISTILLATION1./ Thuật toán Inside Out 2./ Thuật toán Chemdist3./ Thuật toán Eldist4./ Tinh toán thuỷ động lực học cho tháp chưng c ât5./ Tốc độ và kich thươc của tháp đĩaD./ SIDE COLUMN1./ Giơi thiêu2./ Phân loai:3./ Phương pháp tinh toán:E./ CALCULATOR1./ Giơi thiêu2./ Phân loai:3./ Phương pháp tinh toán:F./ OPTIMIESRG./ CASESTUDY

VI DU

- 1 -

Bài toán 1 Bài toán 2 Bài toán 3 Bài toán 4

TÔNG QUAN VÊ PRO/II

I. Giới Thiệu Phần Mềm Pro / II PRO/II 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 (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. Bảy bước sử dụng phần mềm PROII

Sự mô phỏng kết quả tới Desktop được thực hiện qua 7 buớc:1./ Vẽ sơ đồ quy 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./ 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./ Lựa chọn những phương thức Tính toán nhiệt động

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:

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

- 2 -

5./ Cung cấp những điều kiện cho Quy trìnhNhấn 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

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:

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 thì 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 mà không rõ 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 xem như là giá trị đầu của

- 3 -

Phù hợp

CóKhông phù hợp

Không hội tụ

Kết quả

Phân tích kết quả

Hội tụ

Nhập dữ liệu ban đầuLựa chọn mô hìnhnhiệt động

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 quy 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 PRO/II tự động ước lượng bằng công cụ IEG dựa trên các thông số đã cung cấp. IEG 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 biến 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 trị 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.

 

Lưu đồ tính toán của phương pháp I/OKhi 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.

- 4 -

Outside

Kết quả X, T, L, Q, V…

Tính chính xác K, HL

X, T, L, Q ...

Tính lặp các phương trình Cột [Inside]

Chuẩn bị số liệu gần đúng K*, H*

L

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 : Thay đổi bộ tính toán tính chất (phải phù hợp với hệ đang mô phỏng). Thay đổi cấu tử giả của dòng nhập liệu 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 chuẩn

Lưu 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: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.

- 5 -

Đối với mỗi bộ phận làm nóng, làm mát, cần khai báo các thông số sau: số mâm, tên, năng suất.

CHI TIÊT CAC THIÊT BI

A./ FLASH1./ Giới thiệu:

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 tính 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 một dòng, ở đây có số cấu tử và 3 bậc tự do. Ví dụ nhiệt độ và áp suất của tách đẳng nhiệt. Hơn nữa, đối với tất cả các đơn vị vận hành, Pro II 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 năng lượng của đơn vị vận hành.

Hê thống các phương trinh:

Tổng cân bằng vật chất:

Cân bằng vật chất từng cấu tử: Cân bằng:

Tóm lại:

- 6 -

Cân bằng năng lượng:

3./ Flash drum

Đơn vị của Flash drum có thể được vận hành với những thông số điều kiện , đẳng nhiệt điểm sương, điểm sôi khác nhau…Điểm sôi cũng có thể đựơc xác định cho pha hydrocacbon hay pha nước . Điểm cao hơn điểm sương cũng có thể được xác định cho tổng dòng. Ngoài ra, đối với 1 số dòng tổng quát đặc biệt như tốc độ cấu tử hay đặc tính dòng cụ thể chẳng hạn như sulfur có chứa áp suất và nhiệt độ.

B- SHORTCUT1./ Giới thiệu 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 sơ đồ 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 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

- 7 -

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 tính toánQuy 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

αiN

=y

Nj /x

jN

yiN

/xiN

=K

jN

KiN

với x: thành phần mol trong pha lỏng y: thành phần mol trong pha hơichỉ số i, j tương ứng với cấu tử i và jchỉ số N là số đĩa phản ứng.

Đối với những tháp có độ bay hơi giữa các cấu tử chênh lệch rất nhỏ, ta có thể định nghĩa độ bay hơi trung bình. Đó sẽ là giá trị trung bình độ bay hơi 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 khóaαj =1 : cấu tử khóaαj > 1 : cấu tử nhẹ hơn cấu tử khóaαj<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

- 8 -

giữa hai cấu tử nặng nhẹ và sẽ được phân bố giữa sản phẩm đỉnh và sản phẩm đáy.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 đĩa lý thuyết phía trên đĩa nhập liệu.

p là số đĩa 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 loại mô hình chưng cất:

Hai dạng được sử dụng trên ProII là: mô hình tiêu chuẩn và mô hình tinh chế.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 phần4./ Phân loại:

Simple columnLà 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 columnLà 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

C./ DISTILLATIONĐối với hầu hết các hệ, SimSci thường sử dụng thuật toán I/O. Khi 1 bài toán có

thể sử dụng nhiều hơn 1 thuật toán thì thuật toán I/O thường hội tụ nhanh hơn.

1./ Thuật toán Inside Out :

- 9 -

Thuật toán này trong PROII dựa trên một bài viết của Russell vào năm 1983. Thuật toán này chứa một số thuộc tính mới mẻ đã góp phần tạo nên tính chất hội tụ tuyệt vời của nó. Thuật toán này được chia ra với 2 vòng lặp là vòng lặp trong và vòng lặp ngoài.

Ở vòng lặp trong thì nhiệt, vật chất, và những đặc tính thiết kế kĩ thuật được giải quyết. Những mô hình nhiệt động đơn giản cho enthalpy và giá trị độ bay hơi tương đối K được sủ dụng trong vòng lặp trong. Cùng với những mô hình đơn giản thì sự lựa chọn biến ban đầu cho phép vòng lặp trong giải quyết một cách chính xác và đáng tin cậy.

Ở vòng lặp ngoài những thông số của mô hình nhiệt động đơn giản được cập nhật dựa trên những thành phần mới và kết quả của quá trình tính toán nhiệt động chặt chẽ. Khi nào mà giá trị các giá trị Enthalpy và K tính được phù hợp với mô hình nhiệt động đơn giản và các đặc tính thiết kế kĩ thuật được thỏa mãn thì thuật toán được giải quyết xong.

Những biến đầu tiên trong vòng lặp trong là những yếu tố stripping và yếu tố dòng hồi lưu. Những phương trình của một vòng lặp trong bao gồm phương trình cân bằng enthalpy cho các đĩa và phương trính của các đặc tính thiết kế chi tiết kĩ thuật. Yếu tố stripping được định nghĩa như sau:

Trong đó:

Sj : yếu tố Stripping của giai đoạn j V : lượng hơi rời khỏi đĩa L : lượng lỏng rời khỏi đĩa Kb : giá trị K của mô hình nhiệt động

Vòng lặp trong giải hệ phương trình sau:

Trong đó Hj : Nhiệt cân bằng cho mỗi mâm.

SPk : các đặc tính thiết kế chi tiết kĩ thuậtHệ phương trình này được giải bằng phương pháp Newton-Raphson.Vòng lặp ngoài:Vòng lặp ngoài trong thuật toán này cập nhật dữ liệu từ những thông số của các

mô hình nhiệt động đơn giản và kiểm tra sự hội tụ. Ở vòng lặp trong, những phương trình chưng cất được tính toán cho mô hình nhiệt động hiện hành. Kiểm tra sự hội tụ trong

- 10 -

vòng lặp ngoài so sánh với những tính toán chặt chẽ các giá trị enthalpy và các giá trị cân bằng lỏng hơi K từ những thành phần mới ( kết quả tính toán từ vòng lặp trong).

Giá trị ban đầu K b trên mỗi đĩa được tính như sau :

2./ Thuật toán ChemdistChemdist là 1 thuật tóan mới được SimSci phát triển để tính toán mô phỏng cho hệ

có độ lí tưởng không cao. Chemdish là phương pháp thuần Newton Raphson với việc phân tích đầy đủ những phát sinh, bao gồm phát sinh trong hoạt động và trong hệ số nhớt. Chemdish cho phép 2 pha lỏng được tạo thành trên bất kì đĩa nào trong tháp và cung cấp cấu hình của 2 pha lỏng ngưng tụ. Chemdish với những phản ứng hóa học cho phép thủ tục In-Line cho những phản ứng phi động lực học .

Chemdish trong Pro/II là phương pháp Newton phù hợp để giải quyết những vấn đề chưng cất phi lí tưởng liên quan đến 1 số lĩnh vực trong hóa hoc. (nhỏ khoảng 10%). Những điều kiện này là những va chạm chung trong chưng cất như chống lại phân đoạn thô khi mà lẽ ra nên lựa chọn phương pháp I/O. Chemdish dùng để giải quyết tốt cả vấn đề cân bằng hơi- lỏng và cân bằng hơi- lỏng- lỏng như 1 phản ứng hóa học.

- 11 -

Biểu đồ cân bằng đĩa cho trường hợp chưng cất 2 pha không có phản ứng hóa học.

Những biểu thức được miêu tả như sau :Cân bằng vật chất:

Cân bằng năng lượng:

Cân bằng lỏng –hơi:

Số phân mol:

Trong đó:

Fi : tổng dòng nhập liệu ở mâm thứ i Li : tổng dòng lỏng từ mâm thứ i

- 12 -

Vi : I tổng dòng khí từ mâm thứ i Qi : nhiệt cung cấp cho mâm thứ i Ti : nhiệt độ mâm thứ i Xi,j = ln(xi,j) phân mol của lỏng Yi,j = ln(yi,j) phân mol của khí NC : số cấu tử NT : số đĩa

3./ Thuật toán EldistEldish là dạng mở rộng của Chemdish áp dụng cho mẫu chưng cất dung dịch chất

điện li. Nó được giải quyết nhờ sử dụng nhóm phần mếm thứ 3 từ hệ thống OLI. Máy tính tính toán trực tiếp giá trị độ bay hơi tương đối K mà đã được chuyển hóa thành K cân bằng. Sau đó Eldish dùng giá trị này để tính toán cân bằng lỏng- hơi.

Thuật toán Eldist trong pro/II là sự kết hợp của phương pháp Newton được sử dụng trong Chemdist để giải phương trìh MESH và giải quyết phương trình riêng cho pha lỏng được mô tả trong mô hình toán Section – Electrolyte.

Thuật toán cơ bản: Phương trình Mesh được giải quyết nhờ thuật toán Newton-Raphson tính toán lặp vòng ngoài, trong khi phương trình riêng cho pha lỏng với giá trị K thì được tính toán bằng pp lặp vòng trong.

Lặp vòng trong: nhập các thông số mẫu nhiệt độ, áp suất , phân mol của cấu tử pha lỏng và pha khí. Nhiệt độ , áp suất và phân mol pha lỏng thì cần cho việc tính toán thông số và độ nhớt cho của pha lỏng. Còn phân mol pha khí thì cần để tính giá trị K và gia trị K phát sinh ước tính

Vòng lặp ngoài: Mẫu lặp vòng ngoài được giải theo thuật toán NewtonCó 2 cấu tử + 3 phương trình và 2 cấu tử + 3 ẩn trên mỗi đĩa lí thuyết. Những biến

đổi độc lập trên mỗi đĩa là:o ln(x), phân mol lỏng

o ln(y) phân mol khí

o đĩa pha lỏng L1

o đĩa pha khí V1

o nhiệt độ đĩa T1

Những phương trình để giải trên mỗi đĩa làCân bằng cấu tử:

Cân bằng lỏng –hơi:

Cân bằng năng lượng:

Cân bằng theo x:

- 13 -

Cân bằng theo y:

4./ Tính toán thuỷ động lực học cho tháp chưng cấtPro II chứa những phương pháp tính toán cho tốc độ và kích cỡ của tháp đĩa, và

cho những mô hình tháp đệm được đệm với vật liệu bất kì hay vật liệu có cấu trúc.Tháp đĩa được chọn nhiều hơn tháp đệm để ứng dụng cho những trường hợp tốc độ

của lỏng lớn. Trong khi đó tháp đệm thích hợp hơn tháp đĩa trong trường hợp chưng cất chân không và cho những trường hợp có sự ăn mòn.Tất cả các tính toán cho tháp đĩa và tháp đệm đều yêu cầu biết độ nhớt động học. Thông số độ nhớt động học sẽ là cơ sở để người dùng lựa chọn các công cụ tính toán nhiệt động lực học phù hợp

5./ Tốc độ và kích thước của tháp đĩaTháp đĩa bao gồm van, tháp đĩa lỗ, tháp đĩa nhập liệu sôi ở đỉnh được Pro/II mô

hình hoá và sử dụng như là 1 công cụ tính toán thử nghiệm.Quy trình đựơc phát biểu bởi Glitsch dùng để ước tính năng suất hoặc chế độ dòng chảy, chênh lệch áp suất của van thuỷ lực. Đối với tháp đĩa lỗ hoặc đĩa nhập liệu sôi ở đỉnh, năng suất được ước tính là 95% và năng suất tương ứng là 85% đối với van.

Năng suất:Năng suất của tháp đĩa được định nghĩa bằng yếu tố năng suất lượng hơi không

chứa lỏng. Đồ thị được dùng để đạt tới yếu tố năng suất yêu cầu dựa trên khoảng cách giữa các đĩa và tỷ trọng hơi.

Sự sôi trên các đĩa cũng được xét đến như là 1 yếu tố hệ thống. Bảng sau cho ta thấy các yếu tố hệ thống được dùng để tính toán chính xác yếu tố năng suất hơi

- 14 -

Để thiết kế tháp đĩa ta tính toán phần trăm các dòng để tìm kích thước đừơng kính tháp, lượng hơi cần sử dụng.

Lượng hơi cần sử dụng được định nghĩa như sau:

Vload : dung lượng hơi ACFS (actual vapor volumetric flow rate): thể tích thực của hơi ước lượng trướcG: tỷ trọng hơiL: tỷ trọng lỏngĐộ giảm ápĐối với van, tháp đĩa lỗ, tháp đĩa tầng sôi độ giảm áp toàn bộ là tổng của độ giảm

áp trên tháp khô và độ giảm áp gây ra do lỏng bị nghẽn trên đĩa.

Với ∆P là độ giảm áp tổng (trên 1 thể tích)

- 15 -

Pdry là độ giảm áp trên đĩa khô Pl là độ giảm áp do lỏng trên đĩa gây ra.Độ giảm áp trên đĩa khô được xác định dựa vào đồ thị thể hiện quan hệ giữa độ

giảm áp do trọng lượng của van tại dòng hơi có tốc độ thấp và bình phương tốc độ ban đầu của dòng hơi có tốc độ cao .

a. Độ giảm áp trên đĩa khôĐối với tháp đĩa lỗ, phương pháp Fair được dùng để xác định độ giảm áp

trên đĩa khô theo phương trình:

Với C là hệ số chảy trànG là tốc độ ban đầu trên bề mặt hơi

Đối với tháp đĩa tầng sôi, độ giảm áp trên đĩa khô được tính bằng phương pháp Bolles:

Với : hsh chiều cao tầng sôi Hệ số đỉnh khô K2 trong phương trình trên là 1 hàm số theo tỷ lệ vòng của vùng

ống đứng.b. Độ giảm áp của lỏng Đối với tháp đĩa van thủy lực, độ giảm áp của lỏng được tính theo công

thức sau:

Với L tốc độ toàn bộ dòng lỏng trong tháp (gpm)

lw chiều dài van (inch)hw chiều cao van (inch)

Đối với tháp đĩa lỗ hay tháp đĩa tầng sôi độ giảm áp của lỏng được tính theo phương trình”:

Dùng cho tháp đĩa lỗ:

Dùng cho tháp đĩa tầng sôi:

- 16 -

Với : hds tính toán chiều cao của chất lỏng tinh khiết ở đĩa trên cùng (động học đặc trưng)

hs chiều cao cột chất lỏng gây ra áp suất tĩnhhow chiều cao phần đỉnh trên vanhhg gradient thuỷ động lực học chảy màng

D- SIDE COLUMN1./ Giới thiệu

Những tháp sử dụng thuật toán Inside-Out hay Sure thì thường được gán thêm tháp phụ, tháp này có thể đóng vai trò tháp chưng sơ bộ hay tháp ngưng tụ. Tháp phụ có dòng nhập liệu từ tháp chính và hồi lưu sản phẩm về tháp chính. sản phẩm cuối cùng sẽ đựơc lấy từ tháp phụ.

Tháp phụ được lắp đặt vào hệ thống trong màn hình chính của PFD. Các tháp này được xây dựng và cái đặt bàng cách double-click vào biểu tượng của nó trên PFD.Các cửa sổ nhập thông số của tháp phụ giống các cửa sổ nhập thông số của tháp ngoại trừ 1 số đặc điểm không liên quan.2./ Phân loại:

Tháp phụ đong vai trò tháp phân tách:Tháp phân tách phụ được sử dụng rộng rãi để kiểm soát điểm phân tách của các

sản phẩm lỏng như diesel, xăng,và kerosene. Các sản phẩm này được lấy từ tháp chính và đưa vào đĩa đỉnh của thiết bị phân tách ( tổng số đĩa của thiết bị khoảng 6-10 đĩa)

Môi trường phân tách (thường là hơi nước) được đưa vào ở đáy tháp để phân tách khoảng 10% dòng lỏng nhập liệu (pha nhẹ nhất). Dòng này sau đó sẽ được đưa lại về tháp chính. Dòng lỏng sau khi đã được phân tách (sản phẩm) sẽ được lấy ra ở đáy tháp phân tách phụ.

Sự khác nhau trong thiết kế của tháp phân tách phụ sẽ tuỳ thuộc vào việc sử dụng nồi đun, dùng để đun dòng lỏng nhập liệu. Tháp phân tách thường không có các bộ phận ngưng tụ,bơm hay bộ phận làm nóng ,làm lạnh.

Chỉ có thuật toán Sure mới cho phép sử dụng bộ phận ngưng tụ cho tháp phân tách phụ.

Tháp phụ đong vai trò tháp ngưng tụ:Tháp ngưng tụ phụ được dùng để loại các thành phần nặng của sản phẩm đỉnh. Sản

phẩm hơi từ đỉnh tháp chính sẽ được đưa vào đáy tháp phụ (tổng số tháp phụ thường rất lớn). Tháp ngưng tụ phụ thường cần có bộ phận ngưng tụ hay làm mát ở đỉnh để làm ngưng tụ dòng hồi lưu.

Sản phẩm cuối được thu lấy từ đỉnh của tháp ngưng tụ. Dòng lỏng từ đáy tháp ngưng tụ phụ sẽ được đưa về lại tháp chính.

Tháp ngưng tụ phụ có cấu tạo và chức năng tượng tự như bộ phận ngưng tụ của tháp chưng cất tiêu chuẩn. Hiệu suất mâm có thể lên đến 45-55% trong nhiều quá trình.

- 17 -

Tháp ngưng tụ thường không có bơm, bộ phận làm nóng, làm mát, đặc biệt là không bao giờ có nồi đun.

Ví dụ:Bộ phận làm nóng Q3 đặt ở mâm thứ 13 được dùng để đun nóng lại dòng thô tới

nhiệt độ cần thiết để đưa vào nhằm đạt được sản phẩm như mong muốn.

- 18 -

Trong ví dụ này, các flows và compositions được cung cấp từ dòng 1, 9 và 10 trong mục lục dữ liệu dòng. dòng 6 là dòng được đưa trở lại từ thiết bị phân tách phụ.

Tháp chính có các cài đặt là tốc độ dòng lỏng gasoline nhẹ và tốc độ lỏng từ mâm 12. Tháp ngưng tụ và bộ phận làm nóng ở mâm 13 là các biến số được thay đổi để thoả các cài đặt trên.

Dòng 5 ra từ tháp chính tới tháp phân tách được xác định bởi tháp phân tách nhằm thoả các cài đặt cho dòng Naphthan nặng

Dòng thô được đưa vào tháp ở trạng thái lỏng tại điều kiện ra từ nồi đun. Vì vậy, nhiệm vụ ước tính cho Q3 sẽ liên quan tới nồi đun dòng thô. Nhiệt độ của mâm 13 sẽ đặc trưng cho điều kiện của môi trường phân tách.

3./ Phương pháp tính toán:Thuật toán Insde-Out gắn tháp phụ vào tháp chính để dùng cho việc tính toán.

Phương pháp này có nghĩa là SPECs và VARYs cho tháp chính và tháp phụ không cần được cân bằng, dù cho SPECs và VARYs của toàn bộ hệ thống tháp phải cân bằng.

Thuật toán Sure giải quyết tháp phụ như là 1 tháp riêng trong quá trình hồi lưu/ phương pháp này tốn nhiều thời gian hơn và đòi hỏi SPECs và VARYs cho tháp chính và mỗi tháp hụ đều phải cân bằng.

Thuật toán Chemist không sử dụng cho tháp phụ.

E./ CALCULATOR :

- 19 -

1./ Giới thiệuCalculator là một module rất linh hoạt, nhiều tiện ích và được sử dụng

thường xuyên trong quá trình mô phỏng quy trình công nghệ.Các thông số cho quá trình tính toán được lấy từ quy trình và việc tính toán

sử dụng ngôn ngữ FORTRAN.Tính năng cơ bản của Calculator :- Tính toán tính chất của các dòng đặc biệt- Mô phỏng một số thiết bị như bình phản ứng- Xác định điều kiện vận hành- Kết quả tính toán từ số liệu của quy trình công nghệ- Tính toán chi phí hoặc lợi nhuận kinh tế- Phục vụ cho công cụ Controller và là hàm mục tiêu của công cụ Flowsheet

optimizers.Tiện ích của Calculator phụ thuộc nhiều vào người sử dụng.Calculator gồm 2 phần chính : Setup và Procedure.- Setup : truy xuất thông số của thiết bị và dòng được từ sơ đồ quy trình ; gán

các hằng số ; thiết lập các chuỗi cho dòng ra và dòng vào ; xác định kích thước của các mảng chế độ làm việc và có thể mở rộng nếu muốn.

- Procedure : thể hiện các phép tính được viết theo ngôn ngữ FORTRAN, cho phép thực hiện các chức năng tính toán, mở rộng hay tính lặp. Một số hàm có thể truy xuất thành phần và tính chất của dòng từ sơ đồ quy trình. Các chương trình con đặc biệt giúp ta tính ra kết quả trực tiếp từ dòng lưu chất. Kết quả từ Calculator được sử dụng cho việc vận hành các thiết bị khác trong quy trình.2./ Cài đặt Calculator:

* Cửa sổ Calculator :

Nhấn vào Edit/View Declarations trong cửa sổ Calculator để mở View Area

- 20 -

Click vào nút bấm Parameters… để nhập các thông số từ sơ đồ quy trình cho Calculator. Những thông số này sẽ được truy cập vào Calculator procedure như là các phần tử của ma trận P.

Click tiếp vào Calculator parameter để mở cửa sổ Definition để xác định rõ thông số từ dòng hay thiết bị trong quy trình.

Click vào nút bấm Constants… để nhập các hằng số sử dụng trong quá trình tính toán. Những hằng số này sẽ được truy cập vào Calculator procedure như là các phần tử của ma trận C. Tuy các hằng số có thể nhập trực tiếp trong quá trình viết code ở phần procedure, nhưng ma trận C giúp ta tập hợp tất cả những hằng số để có thể thay đổi khi cần.

- 21 -

Click vào nút bấm Results… để nhập tên cho các kết quả tính toán. Những giá trị này sẽ được truy cập vào Calculator procedure như là các phần tử của ma trận R và được dùng trong báo cáo kết quả đầu ra.

Click vào nút bấm Arrays… để khai báo độ lớn cho các ma trận sử dụng trong Calculator, bao gồm ma trận P, C, R đã khai báo trước đó và ma trận IS được dùng trong việc sử dụng giữ các biến của dòng lưu chất.

- 22 -

Click vào nút bấm Stream Sequence… để thiết lập trật tự cho các dòng. Bảng này có 2 chức năng chính : kết nối thông tin dòng chảy giữa các procedure và các dòng trong sơ đồ quy trình ; kiểm soát vòng lặp trong quá trình thực hiện thủ tục.

Khi hoàn thành việc khai báo trong Setup, click Hide Declarations để đóng cửa sổ View Area.3./ Calculator Procedure :

Đây là phần bắt buộc trong việc lập trình cho Calculator. Các dòng lệnh theo ngôn ngữ FORTRAN được nhập trực tiếp vào Procedure trong cửa sổ chính của Calculator.

* Một số điểm lưu ý :- Mỗi hàng lệnh chứa tối đa 80 ký tự, ta có thể sử dụng kí hiệu “&” đặt ở

cuối hàng lệnh để biểu thị sự nối tiếp với hàng lệnh dưới tiếp theo.- Tất cả các dòng lệnh, trừ lệnh PROCEDURE, có thể được bắt đầu bằng

một dãy số từ 1 đến 99999

- 23 -

- Những ký tự phía sau dấu “$” được xem là chú thích thêm.* Các biến số đã được định nghĩa sẵn :Các biến này bao gồm kích thước cho các ma trận. Ta có thể dùng lệnh

DIMENSION trong phần Calculator setup để đặt lại số phần tử của mỗi ma trận.* Một số dạng thường dùng :• AnTrong đó A là một trong các ma trận C, P, V, R hay B và n là một số nguyên

chỉ ra số phần tử đơn của ma trận đó.• A(index)Trong đó A là một trong các ma trận C, P, V, R hay B và (index) là một biểu

thức được đặt trong ngoặc đơn. A(n) ≈ An

Variable Nameand Form

Default Dimension(for arrays)

Description and Comments

Cn or C(index) 1<=n<=50Constant values defined in the setup section.

Used only on the right side of assignment statements.

Pn or P(index) 1<=n<=50Flowsheet parameters set by DEFINE

statements. Used only on the right side of assignment statements.

Vn or V(index) 1<=n<=200

A floating-point work array used on either the left or right side of assignment statements. These elements are initialized to a large negative value and are not available outside the calculator.

Rn or R(index) 1<=n<=200

The array of calculator results, used on either side of assignment statements. This results vector is available to other flowsheet modules external to the Calculator. These elements are initialized to a large negative value.

IXn or IX (index)

0<=n<=9

An array of integer values. The form ioIX(index) is invalid on a DO statement. It may be used on either side of assignment statements.

ISn 0<=n<=9

An array of elements used as indices of DO loops for stepping through a series of streams in the order defined on the SEQUENCE statement.

ISOLVE This variable indicates whether or not the Calculator solved. It is initialized to 0 upon each entry into the calculation procedure. The user assigns all subsequent values using an assignment statement.

0 - The Calculator has not yet executed (default) or has solved successfully.

1 - The Calculator solved.2 - The Calculator did not solve, but continue

flowsheet calculations within a recycle loop.3 - The Calculator did not solve, all

calculations stop unconditionally.

- 24 -

4 - The Calculator solved; but stop all subsequent flowsheet calculations. This sets the flowsheet solution flag to ‘SOLVED’.

MAXC Total number of components in the problem.MAXS Maximum number of streams in the problem.

Một số hàm cơ bản trong FORTRAN :

Function DescriptionArguments

Type of ResultNumber Type

ABSDIMEXPINTLOG

LOG10MINMAXMODNINTSQRTSINCOSTANASINCOS

ATANSINHCOSHTANH

Absolute ValuePositive Difference Exponential e TruncationNatural Logarithm Common Logarithm Minimum ValueMaximum Value Remainder Nearest IntegerSquare RootSine (radians) Cosine (radians)Tangent (radians)Arc Sine (radians)Arc Cosine (rad)Arc Tangent (rad) Hyperbolic Sine Hyperbolic CosineHyperbolic Tangent

121111

>=2>=2

211111111111

realrealrealrealrealrealrealrealrealrealrealrealrealrealrealrealrealrealrealreal

realrealreal

integerrealrealrealrealreal

Integerrealrealrealreal

radianradianrealrealrealreal

Một số hàm được sử dụng trong Pro/II cho phép ta truy xuất các tính chất và thành phần của dòng.

Function Description of Property

Pure Component PropertiesCMW(cno)CNBP(cno)CSPGR(cno)CTC(cno)CPC(cno)CVC(cno)COMEGA(cno)

Molecular weightNormal boiling temperatureSpecific gravity (60F/60F) Critical temperature Critical pressureCritical volume, cc/gm-moleAcentric factor

Properties of Components in StreamsSCMF(cno,sid)SCWF(cno,sid) SCVF(cno,sid)SCMR(cno,sid) SCWR(cno,sid) SCLVR(cno,sid) SCGVR(cno,sid)

Molar fraction of component in streamWeight fraction of component in streamStandard liquid volume fractionMolar rate of component in streamWeight rate of component in stream Standard liquid volume rate of component Standard gas volume rate of component

- 25 -

Stream PropertiesSMR(sid)SWR(sid) SLVR(sid) SGVR(sid) STEMP(sid) SPRES(sid)

Mole rate of streamWeight rate of streamStandard liquid volume rate of streamStandard gas volume rate of streamStream temperatureStream pressure

Trong bảng trên, “cno” là số thành phần số nguyên có thể được cố định hay thay đổi ; “sid” là danh tính của dòng hoặc giá trị ISn.

* Chương trình con xác định thuộc tính dòng :nn CALL SRXSTR(type, value, sid) : yêu cầu SRXSTR lưu phần tử vector

từ calculator thành thuộc tính của dòng “sid”. Giá trị được phải được tính toán cùng hệ đơn vị của dòng nhập liệu.

type : xác định thuộc tính dòng cần lưu giữ. Một số thuộc tính cơ bản :

Type = Description

SMRSWRSLVRSGVRSTEMPSPRES

mole rate of streamweight rate of streamstandard liquid volume ratestandard gas volume rate of streamstream temperaturestream pressure

value : cung cấp hoặc xác định giá trị thuộc tính cần lưu trữ ; value có thể là biến cố định hoặc thay đổi.

sid : xác định dòng cần lưu trữ thuộc tính.Ví dụ : CALL SRXSTR(STEMP, R(14), SR4) Lệnh trên yêu cầu lưu giá trị thứ 14 trong ma trận R là nhiệt độ của dòng

SR4.nn CALL SRVSTR(type, array, sid, i, j) : yêu cầu SRVSTR lưu giữ các

giá trị đại diện cho thuộc tính các dòng thành phần từ ma trận trong Calculator vào dòng bất kỳ.

type : xác định các thành phần, thuộc tính để lưu giữ. Một số thuộc tính cơ bản :

Type = Description

SCMRSCWRSCLVRSCGVR

molar rate of component in streamweight rate of component in streamcomponent standard of liquid volume ratecomponent standard gas volume rate

array : phần tử đầu tiên của ma trận biến thực chứa giá trị cần lưu giữ thành những thuộc tính của các thành phần trong 1 dòng.

sid : xác định dòng cần lưu trữ thuộc tính.i , j : là số hiệu của thành phần, lần lượt là thành phần đầu, cuối của thuộc

tính cần lưu trữ.Ví dụ : 100 CALL SRVSTR( SCWR, V(12), FD1, 2, 5 )

- 26 -

Lệnh trên yêu cầu lưu trữ phần tử V(12) - V(15) là lưu lượng của dòng FD1, là các thành phần được đánh số từ 2 đến 5.

Một vài lệnh khác :nn GOTO mmnn CONTINUEIF (expression)DO Loops

nn DO mm iname= i, j, k – bắt đầu vòng lặp DO, I và j lần lượt là chỉ số đầu và cuối ; k là bước tăng dần và được mặc định là 1.

nn DO mm ISn= sid1, sid2 – vòng lặp cho phép mở rộng phạm vi, thông qua label.

OPEN – mở một file để xuất kết quả từ Calculator. nn OPEN(FILE=fileide, ACCESS=OVERWRITE orAPPEND)WRITE and FORsMAT Statements nn WRITE (*, format) expression, expression, ... nn FORMAT (item, item, ...)Còn rất nhiều lệnh khác, ta có thể tham khảo thêm trong Userguide.

F./ OPTIMIZER :Công cụ Flowsheet Optimizer có thể tiến hành việc cực đại hay cực tiểu hàm

mục tiêu bằng cách thay đổi một hay nhiều biến trong sơ đồ quy trình công nghệ đến khi đạt được yêu cầu (hội tụ). Ta có thể chọn lựa nhiều ràng buộc cho giá trị cực đại hay cực tiểu.

Hàm mục tiêu có thể là tiêu chuẩn vận hành như để thu được lượng sản phẩm là lớn nhất hay tổn thất ít nhất, hoặc tiêu chuẩn về kinh tế như lợi nhuận cực đại hay chi phí thấp nhất. Để có thể tối ưu các mục tiêu về kinh tế, ta phải bổ sung thêm công cụ Calculator trong sơ đồ quy trình để tính lợi nhuận hay tổn thất, sau đó mới sử dụng công cụ Optimizer để cực tiểu hay cực đại kết quả từ Calculator (hàm mục tiêu).

* Hàm mục tiêu :Ta tiến hành việc xác định hàm mục tiêu là cực tiểu hay cực đại trong cửa sổ

Optimizer. Nhập hàm mục tiêu bằng cách nhấp vào chữ Parameter được gạch dưới để mở cửa sổ Parameter. Hàm mục tiêu có thể là 1 tham số của sơ đồ quy trình hoặc là một biển thức toán học liên qua đến 2 tham số khác nhau của sơ đồ quy trình.

* Biến số : Biến số của quá trình được nhập vào bằng cách click vào chữ Variables.

Trong cửa sổ Parameter, xác định thông số sẽ thay đổi, tương tự như trong việc xác định hàm mục tiêu. Đối với biến số cho dòng hay thiết bị, ta phải nhập vào giá trị cực tiểu và cực đại.

* Kích thước bước tiến và giới hạn :Click vào default step sizes trong cửa sổ Optimizer để mở cửa sổ Variable

Step Sizes. Ở đây, step sizes (kích thước bước tiến) đã được mặc định là 1.0, (giá trị mặc định có thể thay đổi), ta có thể nhập vào kích thước bước tương đối hay tuyệt đối cho mỗi bước tính lặp.

- 27 -

* Specifications có thể được nhập thêm vào để làm biến điều khiển.Click vào Specifications… trong cửa sổ Optimizer để mở cửa sổ

Specifications. Check vào Use Specifications để có thể nhập các tham số cho mỗi SPECification. SPECification có thể là 1 tham số của quy trình hoặc là 1 biểu thức toán học liên quan đến 2 tham số khác nhau. Kế tiếp, ta nhập các giá trị và sai số cho quá trình tính.

* Constraints (ràng buộc) : giới hạn các biến số trong phạm vi sử dụng. Click vào Constraints… trong cửa sổ Optimizer để mở cửa sổ Constraints.

Check vào Use Specifications để có thể nhập các tham số cho mỗi CONStraint. Trong cửa sổ Parameter cho phép ta xác định dòng hay thiết bị dùng cho ràng buộc, tương tự như Specifications.

* Các chọn lựa khác :Có rất nhiều chọn lựa cho việc thiết lập công cụ Optimizer được chỉ ra bằng

cách click vào Options… trong cửa sổ chính Optimizer.- Số vòng lặp :Số vòng lặp mặc định của Pro/II là 18 cộng với số biến hiện tại. Tuy nhiên ta

có thể thay đổi số vòng lặp theo ý muốn bằng cách check vào Specified Number và nhập số vòng lặp.

- Scaling of Optimization Variables :Theo mặc định, công cụ Optimizer tính theo phương pháp hội tụ. Các mức

có thể được thay đổ bằng cách check vào Use Scaling trong cửa sổ Options để bỏ chọn. Khi đó giá trị mặc định cho kích thước bước tiến trong cửa sổ Variable Step Sizes sẽ tăng từ 2% lên 5%.

- Sai số chung cho các biến số (Overall Error in any Variable): Giá trị sai số ngầm định cho các biến là 10-7. Ta có thể thay đổi nếu muốn

bằng cách nhập vào ô tương ứng.- Thay đổi tương đối nhỏ nhất (Minimum Relative Change in Objective

Function)Giá trị mặc định là 0.005. Ta có thể thay đổi bằng cách nhập vào ô tương

ứng trong cửa sổ Options.* Advanced Options :Click vào Advanced Options… để thêm vào các chọn lựa cho công cụ

Optimizer, nhưng điều này không cần thiết đối với những người chưa có kin nghiệm sử dụng Pro/II.

Còn một số lựa chọn khác để nâng cao hiệu quả cho công cụ Optimizes, ta có thể tham khảo thêm trong User’s Guide. G./ CASE STUDY :1./ Giới thiệu :

VI DU

- 28 -

Bài toán 1:Tháp chưng cất liên tục với mâm xuyên lỗ, phân tách ở áp suất thường 10 tấn/h hỗn hợp lỏng chứa 50% khối lượng benzen và 50% khối lượng Toluen.Nồng độ benzen trong sản phẩm đỉnh là 96% khối lượng và nồng độ sản phẩm đáy là 98% khối lượng Toluen. Nhập liệu vào ở nhiệt độ sôi. Tính và chọn tháp.

Các bước tiến hành ví dụ

I/ Xác định số đĩa lý thuyếtDùng thiết bị shortcut để xác định số đĩa lý thuyếtBước 1: Vẽ sơ đồ tiến hành như sau:

Bước 2: Nhập các cấu tử trong hệ

Nhấp vào biểu tượng trên thanh công cụ, nhập cấu tử như sau:

Bước 3: Nhập phương trình nhiệt động.Tùy vào từng trường hợp mà ta chọn mô hình nhiệt động cho thích hợp.

Nhấp vào biểu tượng , rồi chọn mô hình nhiệt động :

- 29 -

Bước 4: Nhập dữ liệu cho dòng vào shortcut:Double click vào dòng S1:

-Trong discription: nhập mô tả dòng : Feed-Chọn Compositions defined ở mục Stream Type - Nhấp vào Flowrate and Composition - Nhập thông số như sau:

- 30 -

Bước 5: Nhập dữ liệu cho thiết bị-Double click vào thiết bị.-Chọn Minimum reflux, đánh dấu chọn Perform Minimum Reflux

Calculation như sau 

-Trong Specifications :

- 31 -

-Trong mục Products :

Bước 6 : Chạy mô phỏng

- Nhấp vào biểu tượng trên thanh công cụ.- Lưu đồ chuyển sang màu xanh như sau :

- 32 -

Bước 7 : Xuất kết quả ra màn hình.

-Lưu bằng chế độ Save as

-Nhấp vào biểu tượng Trích dẫn :

Bước 8 : Từ mối tương quan của N*(R+1) với R/Rmin ước đoán được số đĩa lý thuyết

Chọn số đĩa là 13, nhập liệu vào đĩa số 6.

- 33 -

II/ Tính toán cho thiết bị Distillation:

-Thay thiết bị Shortcut bằng thiết bị Distilation :

-Nhập số đĩa nhập liệu là 13, vị trí đĩa nhập liệu là 6

-Ước đoán giá trị ban đầu của lượng sản phẩm đáy là : 6000 kg/h.

-Nhập liệu tương tự như trong thiết bị Shortcut.

- 34 -

-Chạy chương trình, được như sau:

- 35 -

- Tối ưu hóa vị trí đĩa nhập liệu: Dùng Optimizer

- 36 -

-Số đĩa nhập liệu tối ưu là 6.

Bài toán 2: (Flash) Cho vào thiết bị tách lỏng khí một dòng nguyên liệu với các dữ liệu

sau:

-Lưu lượng :100kmol/h, t= 300C, p= 10 bar

-Thành phần hóa học

Methane : 13 kmol/h Ethane: 22 kmol/h Propane :38 kmol/h

Butane : 22 kmol/h Pentane: 5kmol/h

Điều kiện làm việc của thiết bị tách :300C, 7 bar

Hãy xác định:

1.Phần mol bay hơi của nguyên liệu trong điều kiện của bình tách.

2.Thành phần của lỏng và hơi ra khỏi thiết bị tách?

3.Năng suất nhiệt của thiết bị tách.

Giải:Bước 1: Tạo dựng bản sơ đồ quá trình.

- 37 -

Bước 2: Click vào biểu tượng phân tử benzene .Xuất hiện cửa sổ rồi sau đó ta nhập cấu tử vào.

Bước 3: Xác định phương pháp nhiệt động.

Click vào biểu tượng xuất hiện cửa sổ .Rồi ta chọn Most Commonly Used và

chọn Peng Robinson

- 38 -

Bước 4: Thiết lập dữ liệu đối với dòng.

Click vào dòng S1 xuất hiện ra bảng

- Nhập số liệu cho dòng với total là 100kmol/h và nhiệt độ là 30°C, áp suất là 10 bar

Bước 5: Thiết lập dữ liệu với thiết bị flash

- 39 -

Click vào biểu tượng của flash.

Ta nhấn vào Unit specification rồi nhập áp suất và nhiệt độ vào.

Bước 6: Lưu lại bài làm.

Bước 7 :Chạy mô phỏng.

Bước 8 : Đọc kết quả

- 40 -

Bài toán 3: (CaseStudy)Một hỗn hợp khí nén thiên nhiên ( methane, ethane, propane ) ở điều kiện 25C và

20 bar được đưa vào một thiết bị giãn khí có hiệu suất 30%. Lưu lượng dòng khí thiên nhiên là 100 kgmol/h và áp suất đầu ra của thiết bị giãn khí là 5 bar.Xác định nhiệt độ đầu ra của dòng khí và ảnh hưởng của hiệu suất thiết bị tới nhiệt độ ra của dòng khí. Biết tỉ lệ mol dòng khí là 50% methane, 30% ethane và 20% propane.Giải:

Bước 1: Tạo dựng bản sơ đồ quá trình.

- 41 -

Bước 2: Nhập cấu tử vào.

Bước 3: Xác định phương pháp nhiệt động.

Bước 4: Thiết lập dữ liệu đối với dòng.

Click vào dòng S1 xuất hiện ra bảng

- 42 -

Bước 5: Thiết lập dữ liệu với thiết bị Expander

- 43 -

Bước 6: Thiết lập CaseStudy Data, vào menu Input chọn Casestudy Data… và thiết lập như hình:

Bước 7 :Chạy mô phỏng.

Bước 8 : Hiển thị Casestudy, vào menu Output chọn Casestudy, chọn Table… và

nhập như hình:

- 44 -

Chọn Data…

Thêm hai biến hiệu suất và nhiệt độ vào trường Selected Variable(s):

Cuối cùng, chọn View Table… để hiển thị kết quả.

- 45 -

Bài toán 4: ( Shortcut – Disillation – Calculator – Optimiser )Sản xuất ethyl acetat từ ethanol và acid acetic với xúc tác là dung dịch acid sunfuric, các thông số được cho như sau:Ethanol : 95% phân khối lượng. Lưu lượng 4kgmol/h.Acid Acetic : 95% phân khối lượng. Lưu lượng 4kgmol/h.Acid sunfuric : 96% phân khối lượng. Lưu lượng 0,3gmol/h.Nhiệt độ phản ứng 50C, áp suất 1atm.Thiết kế hệ thống phản ứng và tách sản phẩm. Trong đó nồng độ sản phẩm đỉnh đạt 85% phân mol Ethyl Acetat, sản phẩm đáy chứa dưới 3% phân mol Ethyl AcetatTối ưu giá trị lợi nhuận của hệ thống biết rằng;Giá mua Ethanol là 100$/tấn.Giá mua Acid Acetic là 150$/tấn.Giá mua Acid Sunfuric là 200$/tấn.Chi phí năng lượng là 50$/M BTU.Giá bán Ethyl Acetat là : 3000$ tấn.

GiảiBước 1: Vẽ sơ đồ mô phỏng:

- 46 -

Bước 2: Nhập các cấu tử trong hệ

Bước 3: Nhập phương trình nhiệt động.

- 47 -

Bước 4: Nhập tập phản ứng

- 48 -

Bước 5: Nhập dữ liệu cho các dòng vào:Dòng S1:

Dòng S2:

- 49 -

- 50 -

Dòng S3:

Bước 6: Thiết lập thông số cho thiết bị trộn:

Bước 7: Thiết lập thông số cho thiết bị phản ứng:

- 51 -

Bước 8: Thiết lập thông số cho bơm:

Bước 9: Thiết lập thông số cho Shortcut:

- 52 -

- 53 -

Bước 10: Chạy mô phỏng.Bước 11: Đọc kết quả từ Shortcut:

- 54 -

Thiết lập mối quan hệ giữa R và tích số N*(R+1), ta có kết quả sơ bộ cho tháp chưng cất là N=14 , nhập liệu tại mâm thứ 8.

Bước 12: Tính toán cho thiết bị Distillation:Thay thiết bị Shortcut bằng thiết bị Distilation :

-Nhập số đĩa nhập liệu là 14, vị trí đĩa nhập liệu là 8.

-Ước đoán giá trị ban đầu của lượng sản phẩm đỉnh là : 5 kgmol/h.

-Nhập liệu tương tự như trong thiết bị Shortcut.

- 55 -

Bước 13: Chạy kiểm tra mô phỏng.Bước 14: Thêm hai đơn vị Calculator và Optimiser:

- 56 -

Bước 15: Thiết lập thông số cho Calculator:Mở cửa sổ cài đặt Calculator:

Chọn Edit/View declarations

- 57 -

Chọn Parameter…và nhập các thông số như hình:

Chọn Constant…và nhập các thông số như hình:

Chọn Results…và nhập các thông số như hình:

- 58 -

Chọn Arrays…và nhập các thông số như hình:

Chọn Stream Sequence…và nhập các thông số như hình:

- 59 -

Chọn Hide Declarations

Nhấn OK.Bước 16: Thiết lập thông số cho Optimiser:Mở cửa sổ cài đặt Optimiser:

- 60 -

Nhấn OK.Bước 17: Chạy lai mô phỏng và xem kết quả:

Kết quả tối ưu lợi nhuận:

- 61 -

- 62 -