Transcript Komputerowa Inżynieria Procesowa

Komputerowa Inżynieria Procesowa
Wykład 2
Komercyjne symulatory flowsheetingowe – krótki
przegląd
Najpopularniejsze współczesne symulatory
1.
2.
3.
4.
5.
ASPEN

HYSYS
ChemCAD
PRO/II
ProMAX
Design II for Windows
Wymagania stawiane symulatorom
Są różne w zależności od przewidywanego
sposobu ich wykorzystania
1. Obliczenia inżynierskie i projektowe,
kontrola procesu.
2. Prace naukowo-badawcze
Wymagania stawiane symulatorom
Cechy wspólne wszystkim narzędziom
1. Przyjazność dla użytkownika (GUI)
2. Obszerna Baza Danych Fizykochemicznych z możliwością
uzupełniania przez użytkownika.
3. Jak najwyższy poziom automatyzacji procesu
obliczeniowego (program sam decyduje o kolejności
obliczania bloków, organizuje pętle iteracyjne)
4. Kontrola poprawności wprowadzania danych
5. Możliwość prezentacji wyników w formie czytelnych tabel
lub wykresów
Kolejność przetwarzania informacji w
symulatorach
I.
II.
III.
IV.
Zdefiniowanie problemu (topologia
instalacji oraz wprowadzenie danych)
Weryfikacja poprawności definicji
problemu
Wygenerowanie programu liczącego i
wykonanie obliczeń
Wygenerowanie raportu
Kolejność przetwarzania informacji w
symulatorach
Topologia instalacji technologicznej to informacja
na temat:
 rodzajów aparatów i urządzeń tworzących
instalację
 połączeń pomiędzy nimi
 powiązań z „otoczeniem” czyli:
 strumieni zasilających (materiałowych i
energetycznych),
 strumieni produktów (w tym odpadów).
Kolejność przetwarzania informacji w
symulatorach
I.
1.
2.
3.
Sposoby definiowania problemu
Graficzne określenie topologii
instalacji
Tabelaryczne (macierzowe)
W formie programu napisanego w
specjalizowanym języku (autokod)
Kolejność przetwarzania informacji w symulatorach
I.1. Graficzna definicja topologii
Zestawianie schematu instalacji wykonane w PRO/II
Kolejność przetwarzania informacji w symulatorach
I.1. Graficzna definicja topologii
Wprowadzanie parametrów aparatu (PRO/II)
Zestawianie schematu instalacji wykonane w ChemCADzie seria 5
Wprowadzanie parametrów aparatu (ChemCAD v.5)
ChemCAD w wersji 6.3.x
Kolejność przetwarzania informacji w symulatorach
I.2. Tabelaryczna definicja topologii

Schemat koduje się w formie wpisów do tabeli.
 każdy wiersz to osobny aparat
 kolumny zawierają informacje o nazwie i typie
aparatu, jego strumieniach wlotowych (zwykle
ze znakiem +) i wylotowych (ze znakiem -)
Kolejność przetwarzania informacji w symulatorach
I.3. Topologia zapisana za pomocą autokodu




Specjalizowany język programowania.
Kod składa się ze słów kluczowych (np. typ aparatu) i
parametrów (m.in. numer aparatu i numery strumieni)
Oprócz topologii zawiera informacje o parametrach
aparatów i strumieni, stosowanych Bazach Danych,
wytyczne dotyczące organizacji obliczeń, itp.
Niektóre symulatory udostępniają dostęp do autokodu
wygenerowanego na podstawie GUI i jego modyfikację
Kolejność przetwarzania informacji w
symulatorach
II. Weryfikacja i dekompozycja problemu
1.
2.
3.
•
•
•
Sprawdzenie rozwiązywalności układu równań (kwadratowy układ
równań)
Dekompozycja – wydzielenie niezależnych problemów
W ramach niezależnych problemów wydzielenie obliczeń prostych i
objętych pętlami iteracyjnymi; konieczność iteracji wynika z:
Występowania recyrkulacji strumienia masy
Założenia, że pewne parametry wylotowe z aparatów powinny
mieć określoną wartość
Brak danych w strumieniach wejściowych
Kolejność przetwarzania informacji w
symulatorach
III.
Wygenerowanie i uruchomienie
programu

Na tym etapie symulator odwołuje się do bibliotek
modeli aparatów i właściwości mediów
Odbywa się on zwykle poza kontrolą użytkownika
Niektóre symulatory (ASPEN) mają klarowną
kolejność przetwarzania:


GUIAutokodFORTRAN  Program wykonywalny
Umożliwiają użytkownikowi wgląd i ingerencję w
sposób wykonywania obliczeń
Porównanie symulatorów


Cechy wspólne:
 Graficzny interfejs użytkownika (GUI)
 Możliwość uzupełniania i modyfikacji banków
danych
Różnice dotyczą "elastyczności", czyli możliwości
wpływu użytkownika na sposób prowadzenia
symulacji:
 Ilość dostępnych modeli aparatów i własności
 Możliwości wprowadzania własnych modeli
 Możliwość wpływu na przebieg obliczeń
ASPEN (advanced system for process engineering)
http://www.aspentech.com/
+
+
+
+
+
-
Bardzo elastyczny
Generuje autokod dostępny dla użytkownika
Generuje program w FORTANie, w który można
ingerować
Bogata dokumentacja
Nadaje się do zastosowań badawczych
duża swoboda i dowolność pozostawiona
użytkownikowi może stwarzać problemy w
zastosowaniach inżynierskich
ASPEN One - pakiety
Aspen oferuje specjalizowane pakiety do
różnych celów:
• Process Engineering
• Aspen Basic Engineering
• Aspen Economic Evaluation
• Aspen Exchanger Design & Rating
• Aspen HYSYS®
• Aspen Plus®
ASPEN One -pakiety
•
•
•
•
Advanced Process Control
Planning & Scheduling
Production Management & Execution
Supply & Distribution
ASPEN One – programy pakietu
Process Simulation – Chemicals
•
•
•
•
•
•
•
•
Aspen Adsorption (Aspen Adsim)
Aspen Batch Distillation (Aspen BatchSep)
Aspen Custom Modeler®
Aspen Distillation Synthesis (Aspen Split™)
Aspen Energy Analyzer(Aspen HX-Net)
Aspen Flare System Analyzer (Aspen
FLARENET)
Aspen Plus® - podstawa
Aspen Plus Dynamics®(Aspen Dynamics™)
ASPEN One – programy pakietu
Process Simulation – Chemicals
•
•
•
•
•
Aspen OTS Framework system treningu
operatorów
Aspen Polymers (Aspen Polymers Plus)
Aspen Process Engineering Console –
program zarządzający narzędziami ASPEN
Aspen Properties® - składnik podstawowy
Aspen Rate-Based Distillation (Aspen
RateSep)
ASPEN– produkty przeznaczone dla
konkretnych gałęzi przemysłu
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Engineering & Construction
Exploration & Production
Refining & Marketing
Chemicals
Polymers
Specialty Chemicals
Pharmaceuticals
Consumer Products
Power Industry
ChemCAD

+
-
-
http://www.chemstations.net/
Względnie mała elastyczność
Dobry do zastosowań projektowych i
inżynierskich
Nie najlepszy do prac naukowych
Skromna dokumentacja
PRO/II
http://www.simsci.com/
+
+
+
+
-
Dość duża elastyczność
Prostszy w użyciu od ASPENA
Generuje Autokod, który można
modyfikować
Nadaje się dość dobrze do prac naukowych
jak i inżynierskich
Mała popularność
Produkty
ARPM
Comos FEED
Connoisseur
DATACON
DYNSIM
FSIM Plus
HEXTRAN
INPLANT
NETOPT
PIPEPHASE
PRO/II
PROVISION GUI
ROMeo
TACITE
Training Simulators
TRISIM Plus
VISUAL FLOW
Pakiety produktów
Process Engineering
Upstream Optimization
On-line Performance
Dynamic Simulation
HYSYS
http://www.hyprotech.com/
Niska elastyczność
 Ukierunkowany na zastosowania
petrochemiczne
 Obecnie przejęty przez firmę AspenTech

HYSYS – programy w ramach produktów
AspenTech








Process Simulation - Oil & Gas
Aspen EO Modeling Option
Aspen Flare System Analyzer (Aspen
FLARENET)
Aspen HYSYS®
Aspen HYSYS Amines™
Aspen HYSYS Crude™
Aspen HYSYS Dynamics™
Aspen HYSYS Dynamics Run-Time
HYSYS – programy w ramach produktów
AspenTech







Aspen HYSYS Pipeline Hydraulics—OLGAS
2-Phase (Aspen HYSYS OLGAS)
Aspen HYSYS Pipeline Hydraulics OLGAS 3Phase
Aspen HYSYS Pipeline Hydraulics—PIPESYS
(Aspen HYSYS PIPESYS)
Aspen HYSYS Upstream™
Aspen HYSYS Upstream Dynamics
Aspen OTS Framework
Aspen Process Engineering Console
Bryan Research & Engineering, Inc.
ProMax

http://www.bre.com/
Program dedykowany konkretnym procesom
związanym głownie z petrochemią
 Amine Sweetening – odsiarczanie (H2S)
roztworami amin
 Glycol Dehydration – odwodnienie glikoli
 Equipment Rating / Sizing – wymiarowanie i
sprawdzanie: rur, separatorów, kolumn,
wymienników ciepła
 Crude Oil Refining – rafinacja ropy naftowej
 LPG Recovery – odzysk gazu LPG
 Caustic Treating – absorpcja w roztworach
NaOH
http://www.winsim.com/index.html


Symulacja stanów ustalonych i nieustalonych
 Procesy chemiczne i petrochemiczne w tym:
 Rafinacja
 Chłodzenie (mrożenie)
 Przeróbka i oczyszczanie gazu
 Rurociągi
 Ogniwa paliwowe
 Produkcja amoniaku, metanolu,
 Przeróbka siarki
 Wytwórnie wodoru
Dostępna 2 tygodniowa licencja testowa
http://www.winsim.com/index.html

Główne cechy:












Physical Properties
2 Phase Pipeline Modeling
Expander and Lean Oil Plants
Glycol Units
Amine Units (Single and Mixed)
Gathering & Transmission
Rigorous Refinery Columns
Petrochemical, Hydrocarbon, Refrigeration, Chemical, Ammonia,
Methanol, Sulfur and Hydrogen Plants
Heat Exchanger Sizing & Rating
Separator Sizing & Rating
VLE, VLLE and LLE Data Regression
Fuel Cell Systems
http://www.winsim.com/index.html
Elementy składowe symulatorów
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Bazy danych parametrów fizycznych
Baza danych równowagowych (VLE, LLE, LLVE, SLE,
elektrolity, dla powszechnie stosowanych metod)
Procedury obliczeniowe dotyczące własności
termodynamicznych oraz transportowych
(Thermodynamic and Transport Properties (TTP))
Narzędzia wprowadzanie danych
Moduł generujący rozwiązania - Solver (kalkulator)
Moduł wyjścia – wyniki (w formie Process Flow
Diagrams -PFD)
Wymiarowanie aparatów oraz funkcje użytkowe
Korzyści płynące z zastosowania symulatorów
1.
2.
3.
4.
5.
Bardzo szybkie uzyskanie własności
fizyczne czystych związków i mieszanin
Proste, szybkie i dokładne oszacowanie
parametrów operacji jednostkowej
Obliczanie skomplikowanych schematów
technologicznych
Znalezienie optymalnego rozwiązania
spośród wielu alternatyw
Poprawa działania istniejących instalacji