Hysys Mo Phong CNHH (2010).pdf

8/20/2019 Hysys Mo Phong CNHH (2010).pdf

1/137

Hysys trong mô phỏng

Công nghệ hóa học


2/137

3

LỜI GIỚI THIỆU

Hiện nay trong lĩnh vực công nghệ hoá học có rất nhiều phần mềm mô phỏngcủa các công ty phần mềm đã được phát triển và sử dụng rộng rãi trong tính toáncông nghệ, như: PRO/II, Dynsim (Simsci); HYSIM, HYSYS, HTFS, STX/ACX,BDK (AspenTech); PROSIM, TSWEET (Bryan Research & Engineering); Design II(Winsim); IDEAS Simulation; Simulator 42…, trong đó phổ biến nhất là PRO II,Dynsim (Simsci) và HYSYS (AspenTech).

Sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ hoá học trong thế kỷ 21, đòi hỏi mỗi

kỹ sư công nghệ cần phải hiểu và sử dụng thành thạo ít nhất một trong số các phầnmềm mô phỏng phổ biến trên.

HYSYS có cơ sở nhiệt động học rất vững chắc và đầy đủ, khả năng thiết kếlinh hoạt, cùng với mức độ chính xác và tính thiết thực của các hệ nhiệt động cho phép thực hiện các mô hình tính toán rất gần với thực tế công nghệ.

HYSYS là công cụ mô phỏng công nghệ rất mạnh phục vụ cho nghiên cứutính toán thiết kế công nghệ của các kỹ sư trên cơ sở hiểu biết về các quá trình côngnghệ hoá học. HYSYS đáp ứng các yêu cầu công nghệ nền tảng cơ bản cho mô hìnhhoá và mô phỏng các quá trình công nghệ từ khai thác tới chế biến trong các nhàmáy xử lý khí và nhà máy làm lạnh sâu, cho đến các quá trình công nghệ lọc hoá dầuvà công nghệ hoá học.

HYSYS rất mạnh trong mô phỏng tĩnh. Ở mức độ cơ bản, việc hiểu biết vàlựa chọn đúng các công cụ mô phỏng và các cấu tử cần thiết , cho phép mô hình hoávà mô phỏng các quá trình công nghệ một cách phù hợp và tin cậy. Điều quan trọngnhất là phải hiểu biết sâu sắc quá trình công nghệ trước khi bắt đầu thực hiện mô

phỏng, bởi vì HYSYS chỉ là công cụ phục vụ cho mô phỏng tính toán công nghệ, nókhông thể suy nghĩ thay cho các kỹ sư.

HYSYS được chú trọng thiết kế đặc biệt cho một số điểm trọng yếu nhằm hỗtrợ các kỹ sư thực hiện mô phỏng hiệu quả. Khả năng ứng dụng và sử dụng hiệu quảlà hai tính năng vượt trội của HYSYS, đã và đang tiếp tục được phát triển.

HYSYS là chương trình mô phỏng công nghệ hóa học đang được sử dụngrộng rãi trong các trường đại học công nghệ. Quyển sách này sẽ giới thiệu cho sinh

viên lần đầu tiên sử dụng HYSYS và có ít hoặc chưa có kinh nghiệm mô phỏng trênmáy tính, và cng là giáo trình dành cho sinh viên năm thứ ba của các trường đại


3/137

4

học công nghệ, đng thời quyển sách có thể sử dụng như một chỉ dn cho các khóahọc cao hơn trong công nghệ hóa học, khi đó HYSYS như một công cụ mô phỏng đểgiải quyết các vấn đề công nghệ. Hơn nữa có thể sử dụng quyển sách này đng thờicho cả sinh viên và kỹ sư thực hành, như một tài liệu hướng dn hay một quyển sổtay cho các khóa học HYSYS.

HYSYS là chương trình mô phỏng rất phức tạp và vì thế trong một cuốn sáchkhông thể đề cập đến tất cả các vấn đề. Quyển sách này đặt trọng tâm vào phần cơ bản của HYSYS, nhằm giúp cho những sinh viên lần đầu tiên làm quen với mô phỏng có thể nắm bắt được và dần dần sử dụng thành thạo trong tính toán thiết kếcông nghệ.

Phần mềm HYSYS chạy trong môi trường Windows có giao diện thân thiệnvới người sử dụng. HYSYS cng giống như tất cả các phần mềm khác luôn luôn có

sự phát triển phiên bản mới, tuy nhiên phần cơ bản hầu như không thay đổi từ phiên bản này đến phiên bản khác, quyển sách này hướng dn sử dụng HYSYS 2004.1,được cung cấp có bản quyền tại phòng thí nghiệm Công nghệ Lọc H oá dầu và Vậtliệu xúc tác trường Đại học Bách khoa Hà Nội. Sau khi cài đặt người sử dụng chỉcần có hiểu biết cơ bản về máy tính là có thể sử dụng được.

Quyển sách này được hoàn thành với sự tham gia rất nhiệt tình của các sinhviên năm cuối chuyên ngành Công nghệ Hữu cơ Hoá Dầu, trường Đại học Báchkhoa Hà Nội - các trợ giảng - đã làm việc rất nghiêm túc và có k ết quả.

Quyển sách này được biên soạn lần đầu nên không tránh khỏi thiếu sót, rấtmong nhận được sự góp ý của những người sử dụng để sửa chữa bổ sung cho nhữnglần tái bản sau được tốt hơn. Xin chân thành cảm ơn.

Tác giả


4/137

5

MỤC LỤC

Lời giới thiệu .................................................................................................................... 3

Chƣơng 1 GIỚI THIỆU VỀ MÔ PHỎNG ........................................ 9

1.1. Mục đích của mô phỏng ............................................................................................ 91.2. Giới thiệu HYSYS ................................................................................................... 11

Chƣơng 2 BẮT ĐẦU VỚI HYSYS ............................................. 13

2.1. Bắt đầu với HYSYS ................................................................................................ 14

2.2. Quản lý cơ sở mô phỏng .......................................................................................... 142.3. Bắt đầu mô phỏng .................................................................................................... 152.4. Nhập các cấu tử ....................................................................................................... 162.5. Lựa chọn Hệ nhiệt động (Fluids Package) .............................................................. 172.6. Lựa chọn mô hình nhiệt động .................................................................................. 182.7. Vào môi trường mô phỏng ...................................................................................... 202.8. Khởi tạo dòng vật chất............................................................................................. 22

2.9. Tóm tắt và ôn tập chương 2 ..................................................................................... 272.10. Bài tập .................................................................................................................... 27

Chƣơng 3 PHƢƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI .................................... 29

3.1. Phương trình trạng thái – Các biểu thức toán học ................................................... 303.2. Thực hiện mô phỏng ................................................................................................ 30

3.3. Tóm tắt và ôn tập chương 3 ..................................................................................... 383.4. Bài tập ...................................................................................................................... 39


5/137

6

Chƣơng 4

BƠM ............................................................. 40

4.1. Bài toán .................................................................................................................... 41

4.2. Tiến hành mô phỏng bơ m ........................................................................................ 414.3. Thảo luận ................................................................................................................. 46

4.4. Tóm tắt và ôn tập chương 4 ..................................................................................... 46

4.5. Bài tập nâng cao ...................................................................................................... 46

Chƣơng 5 MÁY NÉN ........................................................ 47

5.1. Bài toán .................................................................................................................... 48

5.2. Tiến hành mô phỏng máy nén ................................................................................. 48

5.3. Thảo luận ................................................................................................................. 53


5.5. Bài tập nâng cao ...................................................................................................... 53

Chƣơng 6 TUỐCBIN GIÃN NỞ KHÍ (EXPANDER) ............................ 54

6.1. Bài toán .................................................................................................................... 55

6.2. Tiến hành mô phỏng tuốcbin giãn nở ...................................................................... 55

6.3. Thảo luận ................................................................................................................. 57


6.5. Bài tập nâng cao ....................................................................................................... 57

Chƣơng 7

THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT ....................................... 58

7.1. Bài toán .................................................................................................................... 59

7.2. Tiến hành mô phỏng quá trình trao đổi nhiệt .......................................................... 59

7.3. Thảo luận ................................................................................................................. 617.4. Tóm tắt và ôn tập chương 7 ..................................................................................... 61


6/137

7

7.5. Bài tập nâng cao ...................................................................................................... 61

Chƣơng 8 THÁP TÁCH ..................................................... 62

8.1. Bài toán .................................................................................................................... 63

8.2. Thực hiện mô phỏng quá trình tách pha .................................................................. 638.3. Tóm tắt và ôn tập chương 8 ..................................................................................... 688.4. Bài tập nâng cao ...................................................................................................... 68

Chƣơng 9 PHẢN ỨNG CHUYỂN HOÁ ........................................ 69

9.1. Bài toán .................................................................................................................... 709.2. Thực hiện mô phỏng quá trình phản ứng chuyển hoá ............................................. 709.3. Tóm tắt và ôn tập chương 9 ..................................................................................... 76

Chƣơng 10 PHẢN ỨNG CÂN BẰNG ............................................. 77

10.1. Bài toán .................................................................................................................. 78

10.2. Thực hiện mô phỏng quá trình phản ứng cân bằng ............................................... 7810.3. Tóm tắt và ôn tập chương 10 ................................................................................. 87

Chƣơng 11 THIẾT BỊ PHẢN ỨNG KHUẤY LIÊN TỤC (CSTR) ............... 88

11.1. Thiết lập một Session Preference mới ................................................................... 89

11.2. Khởi tạo Hệ đơn vị đo mới (Unit Set) ....................................................................... 8911.3. Thực hiện mô phỏng thiết bị phản ứng khuấy liên tục .......................................... 9111.4. Tóm tắt và ôn tập chương 11 ................................................................................... 100

Chƣơng 12 THÁP HẤP THỤ ................................................ 101

12.1. Bài toán .................................................................................................................... 102

12.2. Thực hiện mô phỏng quá trình hấp thụ ................................................................... 10212.3. Tóm tắt và ôn tập chương 12 ............................................................................... 109


7/137

8

12.4. Bài tập nâng cao .................................................................................................. 110Chƣơng 13

THÁP CHƢNG LUYỆN ............................................ 111

Sơ đ công nghệ ........................................................................................................... 112

Tháp tách metan DC1 ................................................................................................... 113Tháp tách etan DC2 ...................................................................................................... 114Tháp tách propan DC3.................................................................................................. 11513.1. Thực hiện mô phỏng quá trình ............................................................................ 11513.2. Tóm tắt và ôn tập chương 13 ............................................................................... 126

Chƣơng 14 CÁC BÀI TẬP .................................................. 127

14.1. Bài tập 1. Quá trình có thiết bị phản ứng và tháp tách pha ................................. 12814.2. Bài tập 2: Cải tiến quá trình của bài tập 1 ........................................................... 12914.3. Bài tập 3: Quá trình có sử dụng công cụ logic Recycle ...................................... 13014.4. Bài tập 4: Sản xuất etylen oxit ............................................................................. 13214.5. Bài tập 5: Chưng luyện ........................................................................................ 133

GIẢI NGHĨA MỘT SỐ CỤM TỪ TIẾNG ANH TRONG MÔ PHỎNG ............. 135

TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................... 136


8/137

9

Chƣơng 1

GIỚI THIỆU VỀ MÔ PHỎNG

1.1. Mục đích của mô phỏng Mô phỏng – Simulation là phương pháp mô hình hoá dựa trên việc thiết lậpmô hình số, vì vậy còn được gọi là Digital Simulation. Đây là một công cụ rất mạnhđể giải các biểu thức toán học mô tả các quá trình công nghệ h oá học. Để mô phỏngmột quá trình trong thực tế đòi hỏi trước hết phải thiết lập mô hình nguyên lý củaquá trình và mối liên hệ giữa các thông số liên quan. Tiếp đó là sử dụng các công cụtoán học để mô tả mô hình nguyên lý, lựa chọn các thuật toán cần thiết. Cuối cùng làtiến hành xử lý các biểu thức với các điều kiện ràng buộc.Trong thực tế việc tính

toán gặp hai khó khăn. Thứ nhất đó là giải hệ các phương trình đại số phi tuyến(thường phải sử dụng phương pháp tính lặp). Thứ hai là phép tính tích phân của các biểu thức vi phân (sử dụng các biểu thức vi phân hữu hạn rời rạc để xấp xỉ các biểuthức vi phân liên tục). Các mô hình toán học rất hữu ích trong tất cả các giai đoạn, từnghiên cứu triển khai đến cải tiến phát triển nhà máy, và ngay cả trong nghiên cứu các khía cạnh thương mại và kinh tế của quá trình công nghệ.

Trong nghiên cứu công nghệ, dựa trên các số liệu nghiên cứu về cơ chế và

động học của phản ứng trong phòng thí nghiệm hoặc các phân xưởng pilot, đánh giáảnh hưởng của các điều kiện tiến hành quá trình để nghiên cứu tối ưu hoá và điều khiển quá trình, bao gm cả nghiên cứu tính toán mở rộng quy mô sản xuất (scale-up).

Trong nghiên cứu thiết kế, tính toán kích thước và các thông số của thiết bịvà toàn bộ dây chuyền công nghệ, đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố động học,nghiên cứu tương tác ảnh hưởng ln nhau của các công đoạn trong công nghệ khi cósự tuần hoàn nguyên liệu hoặc trao đổi nhiệt tận dụng tối ưu nhiệt của quá trình. Mô phỏng tính toán điều khiển quá trình, khởi động, dừng nhà máy, xử lý các sự cố và

các tính huống xảy ra trong quá trình vận hành nhà máy. Một quá trình công nghệ hoá học trong thực tế là một tập hợp gm rất nhiều

yếu tố hết sức phức tạp có ảnh hưởng ln nhau (các thông số công nghệ như nhiệtđộ, áp suất, lưu lượng dòng, thành phần hỗn hợp phản ứng, xúc tác, các quá trình phản ứng song song và nối tiếp, hiệu ứng nhiệt của phản ứng, cân bằng pha trong hệthống,…). Độ phức tạp của quá trình tăng lên, đng nghĩa với số lượng các thông sốliên quan, các biến số, các phương trình, các biểu thức toán học, các điều kiện ràng buộc tăng lên. Giải quyết đng thời các vấn đề trên đòi hỏi một khối lượng tính toáncực kỳ lớn, việc tính toán bằng tay đòi hỏi rất nhiều thời gian và hầu như là khôngthể thực hiện được một cách chính xác và tin cậy.


9/137

10

Ngày nay với sự phát triển của công nghệ phần mềm tin học, sự ra đời củacác phần mềm mô phỏng, việc nghiên cứu tính toán thiết kế công nghệ bằng phương pháp mô phỏng đang ngày càng phát triển, đã trở nên phổ biến và chiếm ưu thế. Mô phỏng công nghệ bằng các phần mềm mô phỏng với sự trợ giúp của máy vi tính làgiải pháp hiệu quả, toàn diện và cho kết quả tin cậy.

Trong ngành công nghệ hoá học, mô phỏng đóng vai trò vô cùng quan trọngtrong việc nghiên cứu thiết kế công nghệ, phân tích, vận hành và tối ưu hoá hệthống, điều khiển các quá trình công nghệ gần với các quá trình trong thực tế, và cảtrong các nghiên cứu tính toán tối ưu hoá về mặt kinh tế của quá trình công nghệ.

Chương trình mô phỏng nói chung bao gm các thành phần sau:

Thư viện cơ sở dữ liệu (các hệ nhiệt động, các cấu tử bao gm các tínhchất vật lý và hoá lý của chúng,…) và các thuật toán liên quan đến việc

truy cập và tính toán các tính chất hoá lý của các cấu tử và hỗn hợp cấu tử,thiết lập các cấu tử giả. Có thể bổ sung các cấu tử, hoặc thay đổi các hệđơn vị trong chương trình đáp ứng yêu cầu của người sử dụng.

Các công cụ mô phỏng cho các thiết bị có thể có trong hệ thống công nghệhoá học như: bơm, máy nén, tuốcbin giãn nở khí, thiết bị tr ao đổi nhiệt,tháp tách hai pha và ba pha, chưng cất, hấp thụ, trộn dòng và chiadòng…Phần này có chứa các mô hình toán và thuật toán phục vụ cho quá

trình tính toán các thông số của thiết bị và các thông số công nghệ của quátrình công nghệ được mô phỏng.

Các công cụ logic phục vụ cho việc tính toán tuần hoàn nguyên liệu, thiếtlập các thông số công nghệ, điều chỉnh các thông số theo yêu cầu côngnghệ, tính toán cân bằng vật chất và cân bằng năng lượng, tính toán cân bằng pha,…

Các công cụ mô phỏng các quá trình điều khiển (điều khiển nhiệt độ, điều

khiển áp suất, điều khiển lưu lượng dòng, điều khiển mức chất lỏng.. .)trong quá trình vận hành quy trình công nghệ hoá học.

Chương trình điều hành chung toàn bộ hoạt động của các công cụ mô phỏng và ngân hàng dữ liệu.

Chương trình xử lý thông tin: lưu trữ, xuất, nhập, in… dữ liệu và kết quảtính toán được từ quá trình mô phỏng.

Hỗ trợ việc kết nối giữa các chương trình mô phỏng khác nhau, kết nối với

các module xây dựng các thiết bị đặc biệt do người sử dụng tạo ra bằngcác ngôn ngữ lập trình như Visual Basic, Visual C++, …


10/137

11

1.2. Giới thiệu HYSYS

HYSYS là sản phẩm của công ty AspenTech – Canada. HYSYS là phần mềmchuyên dụng để tính toán mô phỏng công nghệ chế biến dầu khí và công nghệ h oáhọc. HYSYS là phần mềm có khả năng tính toán đa dạng, cho kết quả có độ chínhxác cao, đng thời cung cấp nhiều thuật toán sử dụng, trợ giúp trong quá trình tính

toán công nghệ, khảo sát các thông số trong quá trình thiết kế nhà máy chế biến dầukhí và tổng hợp hoá dầu.

Ngoài thư viện có sẵn, HYSYS cho phép người sử dụng tạo các thư việnriêng hoặc cho phép liên kết với các chương trình tính toán hoặc các phần mềm khácnhư Microsoft Visual Basic, Microsoft Excel,Visio, C++, Java… Khả năng nổi bậtcủa HYSYS là tự động tính toán các thông số còn lại nếu thiết lập đủ thông tin do đósẽ tránh được sai sót và có thể thay đổi các điều kiện cng như sử dụng các dữ liệu

đầu vào khác nhau. HYSYS được thiết kế sử dụng cho hai trạng thái mô phỏng là mô phỏng động

và mô phỏng tĩnh. Mô phỏng tĩnh (Steady Mode) được sử dụng để nghiên cứu thiếtkế công nghệ cho một quá trình, tối ưu hoá các điều kiện công nghệ. Với mỗi một bộsố liệu ban đầu, mỗi điều kiện công nghệ xác định thì khi quá trình tính toán hội tụ,kết quả thu được tương ứng với các điều kiện đó mà không thay đổi theo thời gian.Khi thay đổi các điều kiện ban đầu hay các chế độ công nghệ khác nhau thì sẽ thuđược các kết quả khác nhau tương ứng. Từ đó có thể xác định được các yếu tố ảnh

hưởng lên quá trình và mức độ ảnh hưởng của từng yếu tố. Bằng việc so sánh cáckết quả đó sẽ lựa chọn và thiết lập được điều kiện tối ưu cho một quá trình nào đó.Mô phỏng tĩnh được sử dụng để nghiên cứu thiết kế một quá trình công nghệ mớihoặc tính toán cải tiến, phát triển mở rộng quy mô một quá trình công nghệ sẵn có,đưa ra các phương án khác nhau để so sánh đánh giá nhằm tìm ra giải pháp tối ưu.

Mô phỏng động (Dynamic Mode) dùng để mô phỏng thiết bị hay quá trình ởtrạng thái đang vận hành liên tục có các thông số thay đổi theo thời gian, khảo sát sự

thay đổi các đáp ứng của hệ thống theo sự thay đổi của một vài thông số công nghệ.Trạng thái mô phỏng động cho thấy sự ảnh hưởng của các thông số công nghệ theothời gian và có thể thiết lập cng như khắc phục các sự cố có thể xảy ra khi vận hànhcông nghệ trên thực tế, tìm ra các nguyên nhân và biện pháp giải quyết các sự cố đó.Điều này có ý nghĩa đặc biệt quan trọng trong đào tạo các kỹ sư vận hành, hiểu biếttường tận về công nghệ, thành thạo và có kinh nghiệm trước khi tham gia vận hànhnhà máy thực tế, trong điều kiện hiện nay các nhà máy h oá chất và dầu khí với kỹthuật hiện đại, vận hành ở chế độ tự động hoá rất cao.

Sử dụng HYSYS giúp giảm chi phí cho quá trình côngnghệ do có thể tối ưucác thiết bị trong dây chuyền mà vn đảm bảo được yêu cầu về chất lượng sản phẩm.


11/137

12

HYSYS cho phép tính toán vấn đề tận dụng nhiệt, tối ưu được vấn đề năng lượngtrong quá trình sản xuất, tuần hoàn nguyên liệu nhằm tăng hiệu suất của quá trình.

HYSYS có một thư viện mở các thiết bị, các cấu tử và cung cấp phương tiệnđể liên kết với các cơ sở dữ liệu khác nên cho phép mở rộng phạm vi chương trìnhvà rất gần với thực tế công nghệ.

HYSYS có một số lượng lớn các công cụ mô phỏng, hỗ trợ hiệu quả trongnghiên cứu mô phỏng, với giao diện thân thiện và dễ sử dụng, đặc biệt với nhữngngười bắt đầu làm quen với chương trình mô phỏng.

Trình tự thực hiện mô phỏng theo các bước sau đây:

1. Xây dựng cơ sở mô phỏng:

Nhập các cấu tử trong thành phần nguyên liệu

Lựa chọn hệ nhiệt động phù hợp

Khởi tạo các phản ứng

2. Xây dựng lưu trình PFD

Khai báo các tính chất và thành phần của dòng nguyên liệu

Xây dựng sơ đ công nghệ với các thiết bị cần thiết

Cung cấp đầy đủ các tham số cần thiết cho thiết bị

3. Chạy chương trình mô phỏng

Đọc kết quả Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ.

Trong phạm vi quyển sách này sẽ nghiên cứu tìm hiểu các thiết bị mô phỏngtrong HYSYS, sử dụng các công cụ của HYSYS để mô phỏng một số quá trình côngnghệ hoá học đơn giản, nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến chấtlượng sản phẩm. Chương cuối cùng sẽ đưa ra các bài tập vận dụng các kiến thức đãđược cung cấp trong 12 chương trước đó để mô phỏng một số quá trình công nghệhoá học từ đơn giản đến phức tạp. Vì vậy đòi hỏi người học phải học nghiêm túc vàthực hành thành thạo toàn bộ từ chương 2 đến chương 13 thì mới có thể làm đượccác bài tập của chương 14 này, và sẽ thấy hết sức thú vị và hiệu quả.


12/137

13

Chƣơng 2

BẮT ĐẦU VỚI HYSYS

Nội dung Bắt đầu làm việc với HYSYS, cách lựa chọn các cấu tử trong hỗn hợp

nguyên liệu, và phương pháp lựa chọn hệ nhiệt động phù hợp cho mụcđích mô phỏng. Biết cách bắt đầu làm việc với HYSYS và làm quen với các giao diện là rất quan trọng.

Cách vào và quay trở lại môi trường mô phỏng, làm quen với sơ đ mô phỏng. Làm quen với một vài tính năng quan trọng của HYSYS.

Cách nhập dòng vật chất cho mô phỏng. Việc xác định biến là một trongnhững bước rất quan tr ọng cần phải được hiểu kỹ khi thao tác tr ongHYSYS.

Mục tiêu

Sau khi kết thúc chương này người sử dụng có thể:

Khởi động HYSYS

Lựa chọn các cấu tử trong thành phần hỗn hợp

Xác định và lựa chọn hệ nhiệt động phù hợp Vào và quay trở lại môi trường mô phỏng

Nhập và khai báo các tham số cho các dòng vật chất


13/137

14

2.1. Bắt đầu với HYSYS

Khởi động HYSYS bằng cách bấm vào biểu tượng của HYSYS , trên mànhình máy tính sẽ xuất hiện giao diện như trong hình 2.1.

Hình 2.1. Giao diện mở đầu xuất hiện khi khởi động HYSYS

Trước khi thực hiện mô phỏng, HYSYS cần phải biến đổi giao diện ban đầunày. Tại giao diện ban đầu này sẽ thực hiện lựa chọn các cấu tử cần thiết và hệ nhiệtđộng phù hợp cho mô phỏng.

2.2. Quản lý cơ sở mô phỏng

Aspen HYSYS sử dụng khái niệm hệ nhiệt động ( Fluid Package) bao gm tấtcả các thông tin cần thiết để tính toán các tính chất vật lý và cân bằng pha của hỗnhợp nhiều cấu tử. Cách tiếp cận này cho phép xác định tất cả các thông tin (các tính

chất nhiệt động, các cấu tử, các cấu tử giả định, các hệ số tương tác bậc hai , các phản ứng hoá học, các số liệu dạng bảng,…) bên trong một gói.

Có bốn ưu điểm chính của cách tiếp cận này:

Tất cả thông tin kết nối được xác định tại một nơi cho phép tạo ra hay sửađổi các thông tin một cách dễ dàng.

Hệ nhiệt động có thể được lưu lại sau khi xác định và có thể sử dụng chocác mô phỏng khác khi cần đến.

Danh sách các cấu tử trong hỗn hợp được lưu trữ riêng bên ngoài hệ nhiệtđộng nên có thể sử dụng được cho các bài toán mô phỏng khác khi cần đến.


14/137

15

Có thể sử dụng nhiều hệ nhiệt động trong cùng một chương trình mô phỏng. Tuy nhiên các hệ nhiệt động này cùng được xác định trong Basic Manager .

Simulation Basic Manager là giao diện thuộc tính cho phép thiết lập và điềukhiển nhiều hệ nhiệt động hoặc danh sách các cấu tử trong hỗn hợp sử dụng trong

mô phỏng.

2.3. Bắt đầu mô phỏng

Sử dụng một trong ba cách sau để bắt đầu một bài mô phỏng mới: chọnFile/new/case , hoặc sử dụng phím tắt ctrl+N , hoặc bấm vào biểu tượng new case

K hi đó giao diện Simulation Basic Manager sẽ xuất hiện (hình 2.2). Tronggiao diện này có các tab. Thường sử dụng các tab sau: Components tab sử dụng khinhập các cấu tử, Fluid Pkgs tab sử dụng khi chọn Hệ Nhiệt động ( Fluid Package), Reactions tab sử dụng khi thiết lập các phản ứng hoá học.

Hình 2.2. Giao diện Simu la t ion B as ic Manager

Các tab

Menu chính Thanh công cụ


15/137

16

2.4. Nhập các cấu tử

Bước đầu tiên khởi tạo cơ sở mô phỏng là nhập các cấu tử (đơn chất và hợpchất) sẽ có mặt trong chương trình mô phỏng. Trình tự tiến hành như sau:

1. Để nhập các cấu tử cho mô phỏng bấm vào phím Add trong giao diệnSimulation Basic Manager .

2. Sau khi bấm phím Add sẽ xuất hiện danh sách tất cả các cấu tử có trong thư viện của HYSYS (hình 2.3).

Hình 2.3. Giao diện Compon ent L i s t

3. Chọn các cấu tử cần thiết cho chương trình mô phỏng từ danh sách. Cóthể tìm các cấu tử trong danh sách bằng một trong ba cách sau đây : chọn ô Sim Name, hoặc chọn ô Full Name, hoặc chọn ô Formula.

Nhập tên hoặc công thức cần tìm vào ô Match phía trên. Ví dụ khi chọn ô

Sim Name và nhập tên water vào ô Match, sẽ nhìn thấy dòng tương ứngvới water được đánh dấu. Nếu không tìm thấy, có thể thử sử dụng tênkhác hoặc thử tìm bằng các ô Full Name hoặc Formula.

4. Khi đã chọn được công thức thích hợp, nhắp đúp vào chất vừa chọn hoặc bấm vào phím Add Pure để nhập chất đó vào danh sách các cấu tử đãchọn Selected Components .

5. Ở phía dưới giao diện này có ô Name , có thể đặt tên cho danh sách cáccấu tử vừa chọn.

6. Khi đã hoàn thành các bước trên, đóng cửa sổ này lại, sẽ trở lại giao diện Simulation Basic Manager .


16/137

17

Sau khi đã nhập các cấu tử cần thiết vào danh sách, lưu vào một thư mục xácđịnh trước khi tiếp tục quá trình mô phỏng. Chọn File/Save as và chọn thư mụcthích hợp, không lưu vào thư mục mặc định xuất hiện.

2.5. Lựa chọn Hệ nhiệt động (Fluids Package)

Sau khi nhập các cấu tử cho mô phỏng, tiếp theo là lựa chọn Hệ Nhiệt động( Fluid Package) cho mô phỏng. F lu id Package được sử dụng để tính toán dòng vàcác tính chất nhiệt động của các cấu tử và hỗn hợp trong quá trình mô phỏng (ví dụ như enthalpy, entropy, tỷ trọng, cân bằng lỏng - hơi, …). Vì thế việc lựa chọn hệnhiệt động phù hợp có ý nghĩa rất quan trọng , là cơ sở để tính toán mô phỏng chokết quả đúng.

1. Từ Simulation Basic Manager (hình 2.2), chọn Fluid Pkgs tab.

2. Bấm vào phím Add để chọn một fluid pkgs mới, như trong hình 2.4.

Hình 2.4. Giao diện Fluid Package

3.

Từ danh sách F lu id Package chọn hệ nhiệt động phù hợp. Danh sách cácF luid Package có thể được rút gọn bằng cách có chọn lọc nhờ các bộ lọc phía bên phải danh sách (ví dụ như EOS, activity model , ...).

4. Khi đã chọn được hệ nhiệt động phù hợp, nhắp đơn chuột vào (không cầnnhắ p đúp). Ví dụ trong hình 2.4, đã lựa chọn phương trình trạng tháiPeng-Robinson .

5. Có thể đặt tên cho fluid package vào cửa sổ nhỏ Name phía dưới giaodiện. Ví dụ trong hình 2.4 tên của fluid package là

Basis-1 .

6. Sau khi kết thúc bấm vào dấu X màu đỏ ở góc trên bên phải để đóng giaodiện này lại.


17/137

18

2.6. Lựa chọn mô hình nhiệt động

Lựa chọn mô hình nhiệt động phù hợp rất quan trọng, quyết định đến kết quảtính toán của toàn bộ quá trình. Đây là một thủ tục đầu tiên để bắt đầu mô phỏng . Năm 1999, hai tác giả Elliott và Lira đã đề xuất sơ đ hình cây như mô tả trên hình 2.5 dưới đây.

Hình 2 .5. Sơ đồ lựa chọn mô hình nhiệt động

Phân loại các cấu tử có trong hệ: khí, chất không phân cực, ngưng tụ,

solvat hóa, điện ly

Khí hoặc chất

không phân cực?

Chất điện ly?

Khí (NH3, CO2)?hoặc P > 10 bars?

Thử chọn PR,

SRK, API

Thử chọn NRTL,Pitzer, hoặc Bromley

Thử NRTL,UNIQUAC, FH,Biết BIP?

Polimers?

P < 10 bars?

Thử UNIFAC,nếu có thể, giả địnhBIP của các cấu tử

Thử chọnSAFT, ESD

Thử Henry’s Law

Thử ESD, SAFT,MHW2, Wong-Sandler

Đúng

Đúng

Đúng Sai

Sai

Sai

Sai

Đúng

Đúng

Đúng

Sai

Sai


18/137

19

Các hệ nhiệt động có trong HYSYS cho phép dự đoán được tính chất của cáchỗn hợp từ hệ các hydrocacbon nh tới hỗn hợp của các loại dầu phức tạp, và hệ cáchợp chất không điện ly. HYSYS cung cấp các phương trình trạng thái (PR hayPRSV ) cho các quá trình xử lý phức tạp hỗn hợp hydrocacbon, các mô hình bán thựcnghiệm và áp suất hơi của các hệ hydrocacbon nặng, các hiệu chỉnh hơi nước cho

các dự đoán chính xác về tính chất của hơi nước, và các mô hình hệ số hoạt độ củacác hệ hóa học. Tất cả các phương trình đều có giới hạn phạm vi ứng dụng, vì vậy cần xem xét phạm vi ứng dụng phù hợp của mỗi phương trình với các hệ gần giống nhau .

Bảng 2.1 đưa ra danh sách một vài hệ tiêu biểu và những phương pháp tínhtoán phù hợp có thể áp dụng.

Bảng 2.1. Danh sách một số hệ tiêu biểu và H ệ nhiệt động phù hợp

Hệ tiêu biểu Hệ nhiệt động phù hợp được đề nghị sử dụng

Sấy khí bằng TEG PR Nước chua PR, Sour PR

Xử lý khí nhiệt độ thấp PR, PRSV

Tách không khí PR, PRSV

Tháp chưng cất dầu thô áp suấtkhí quyển

PR, PR Options, GS

Tháp chưng cất chân không PR, PR Options, GS (


19/137

20

Trong các ứng dụng với dầu, khí và hoá dầu phương trình trạng thái Peng-Robinson nói chung được ứng dụng phổ biến cho các hệ nhiệt động. Để biết chi tiếthơn có thể đọc thêm trong tài liệu hướng dn sử dụng HYSYS ( Aspen HYSYSSimulation Basic Manual ).

2.7. Vào môi trƣờng mô phỏng

Sau khi đã hoàn thành các bước chuẩn bị cần thiết để bắt đầu chương trìnhmô phỏng trong giao diện Simulation Basis Manager như trong mục 2.3, 2.4 và 2.5, bấm vào phím Enter Simulation Environment ở bên phải phía dưới giao diện hoặc

bấm vào biểu tượng trên thanh công cụ để vào môi trường mô phỏng như mô tảtrên hình 2.6.

1. Thao tác tr ong lưu trình mô phỏng

Khi vào môi trường mô phỏng, sẽ thấy giao diện như hình 2.7 dưới đây. Trước khi bắt đầu quá trình xây dựng lưu trình mô phỏng cần chú ý vài đặc điểm củacửa sổ mô phỏng:

HYSYS khác với phần lớn các gói mô phỏng khác, sẽ thực hiện tính toánlưu trình ( flowsheet ) sau mỗi bước nhập hay thay đổi thông số của lưu trình

( flowsheet ). Đặc điểm này có thể dừng khi bấm vào biểu tượng SolverHolding (phím đn đỏ ) trên thanh công cụ phía trên màn hình . K hi đó

Hình 2.6. Enter Simulat ion Envi ronment


20/137

21

HYSYS sẽ không tính toán và sẽ không đưa ra kết quả. Để tiếp tục tính

toán, phải bấm vào biểu tượng Solver Active (phím đn xanh ), chươngtrình mô phỏng bắt đầu hoạt động trở lại.

Không giống với các quá trình mô phỏng khác , HYSYS có khả năng tínhtoán xuôi dòng và ngược dòng. Vì vậy cần đặc biệt chú ý khai báo các tham

số cho lưu trình ( flowsheet ) phải đảm bảo rằng các thông tin được cung cấpcho HYSYS không mâu thun với nhau. Nếu không sẽ bị lỗi và HYSYS sẽkhông thể tính toán được.

Hình 2.7. Giao diện Simu lat ion Envi ronm ent

2. T rở lại giao diện cơ sở mô phỏng Khi phải thay đổi cơ sở mô phỏng, cần phải quay lại giao diện Simulation

Basis Manager . Thao tác đơn giản bấm vào biểu tượng trên thanh công cụ phíatrên màn hình.

3. Nhỡ tay đóng lưu trình PFD

Đôi khi nhỡ tay bấm nhầm vào biểu tượng X màu đỏ góc trên bên phải giaodiện. Để trở lại lưu trình chỉ cần bấm vào Tools trên thanh menu chính, chọn PDF s

trong danh sách thả xuống, chọn Case , sau đó bấm vào phím View , hoặc bấm vào

phím PFD trên thanh công cụ.


21/137

22

4. Bảng các công cụ mô phỏng

Trong hình 2.8 có thể nhìn thấy bảng có chứa các công cụ phục vụ cho việcxây dựng lưu trình mô phỏng PFD, gọi là Object Palette , nằm dọc phía bên phải mànhình. Nếu vì lí do nào đó không nhìn thấy Object Palette , thì có thể đưa ra màn hình bằng cách bấm vào Flowsheet trên thanh menu chính, trong danh sách thả xuống

chọn Palette , hoặc có thể bấm phím nóng F4 . Từ các công cụ trong bảng này có thểnhập dòng hoặc các công cụ mô phỏng khác cho lưu trình PFD.

2.8. Khởi tạo dòng vật chất

Các dòng vật chất trong PFD được mô phỏng bằng Mater ial Stream . Một dòng vật chất được khởi tạo trong lưu trình bằng một trong ba cách sau:

Bấm vào biểu tượng mi tên màu xanh trong Object Palette .

Chọn Flowsheet trên menu chính và chọn Add Str eam trong danh sách.

Bấm vào phím nóng F11

Khi sử dụng một trong các phương pháp trên, có thể khởi tạo dòng vật chất(mi tên màu xanh) vào lưu trình mô phỏng như mô tả trên hình 2.9. HYSYS mặcđịnh tên của dòng theo số thứ tự tăng dần (ví dụ, dòng đầu tiên sẽ tự động được đặttên là “1”). Tên của dòng có thể thay đổi bất cứ khi nào cần.

1. Khai báo các tham số của dòng

Để khai báo các tham số cho dòng vật chất, nhắ p đúp chuột vào dòng (mitên màu xanh nhạt) để hiện ra cửa sổ như hình 2.10. Trong cửa sổ này người sử

Hình 2.8. Giao diện PFD với Object Palette


22/137

23

dụng sẽ khai báo các tham số cho dòng. Nếu là dòng nguyên liệu thì cần có bốn tham số. Trong môi trường HYSYS dòng nguyên liệu luôn có bốn bậc tự do. Nghĩalà phải cung cấp đầy đủ bốn thông tin yêu cầu để HYSYS có thể thực hiện tính toán.

Bốn tham số cần khai báo cho dòng nguyên liệu là: composition, flowrate và hai trongsố các tham số sau temperature, pressure hay vapor/phase fraction.

Hình 2.9. Khởi tạo dòng vật chất trong PFD

Hình 2.10. Cửa sổ khai báo các tham số của dòng


23/137

24

Trong hình 2.10 có một dòng cảnh báo lỗi màu vàng phía bên dưới cửa sổ,cho biết thông tin cần phải thực hiện. Ví dụ theo dòng cảnh báo trên hình 2.10, việcđầu tiên cần làm ngay là cung cấp thành phần các cấu tử của dòng nguyên liệu. ChọnComposition trong danh sách hiển thị trong cửa sổ của hình 2.11, tại đây sẽ khai báothành phần các cấu tử trong dòng nguyên liệu. Lưu ý rằng chỉ có Composition đã

chọn trong Simulation Basic Manager thì mới hiển thị trong danh sách này. Có thểxác định composition theo nhiều cách khác nhau bấm vào phím “ Basis…”. HYSYSmặc định là mole fractions, tuy nhiên người dùng có thể thay đổi bằng mass fractions, liquid volume fractions, hoặc flow cho từng cấu tử. Nếu sử dụng fractions,tổng tất cả các fractions được nhập vào dòng phải bằng “1”. Nhập thành phần củadòng 1 như trong hình 2.11 chỉ r õ phần mol của H2O bằng “1”, nghĩa là dòng 1 chỉcó nước.

Tiếp theo, xuất hiện tin nhắn cảnh báo thứ hai (trong băng màu vàng phíadưới cửa sổ) cho thấy rằng cần nhập nhiệt độ cho dòng. Để khai báo nhiệt độ chodòng bấm vào Conditions ở trong cửa sổ của hình 2.12. Tại cửa sổ này người sửdụng sẽ nhập giá trị nhiệt độ của dòng.

Khi nhập giá trị các tham số của dòng không cần thiết phải đổi sang đơn vịmặc định. Khi nhập giá trị vào một ô sẽ xuất hiện hộp danh sách thả xuống có tất cả

Hình 2.11. Cửa sổ nhập Compos i t ion


24/137

25

các đơn vị tương ứng ngay bên cạnh ô đó, người dùng có thể lựa chọn đơn vị phùhợp, sau đó HYSYS sẽ tự động chuyển đổi đơn vị. Ví dụ nhập số 25 vào ô ứng vớinhiệt độ 25oC (bằng 77oF) như trên hình 2.12.

Tiếp theo, dòng cảnh báo (trên băng màu vàng phía dưới cửa sổ) chỉ ra rằngcần phải nhập giá trị áp suất của dòng. Cng trong cửa sổ này, nhập giá trị áp suấtcho dòng 1 là 1 bar như trong hình 2.13.

Tiếp theo, tham số cuối cùng cần khai báo là lưu lượng dòng. Có hai chọn lựakhác nhau hoặc là lưu lượng dòng mol (mole flowrate) hoặc lưu lượng dòng khối

lượng (mass flowrate) trong cùng một cửa sổ. Trong trường hợp này chọn mole flowrate bằng 100 kmol/h, như trong hình 2.14.

Sau khi hoàn thành việc khai báo đầy đủ tất cả các thông tin, HYSYS sẽ tựđộng tính toán các tính chất còn lại của dòng và từ các thông tin đã cung cấp đủ để bắt đầu xây dựng lưu trình mô phỏng ( Flowsheet ). Khi dòng nguyên liệu được cungcấp đầy đủ thông tin thì sẽ xuất hiện một thông báo màu xanh ở phía dưới cửa sổ báohiệu là mọi thứ đã hoàn tất OK (như trên hình 2.14). Nếu không thì trong cửa sổ sẽxuất hiện một cảnh báo màu vàng, thông tin cung cấp bị lỗi.

Hình 2.12. Nhập giá trị nhiệt độ dòng trong cửa sổ Condi t ions


25/137

26

Hình 2.13. Nhập giá trị áp suất dòng trong cửa sổ Condi t ions

Hình 2.14. Nhập giá trị lưu lượng dòng trong cửa sổ Condi t ions


26/137

27

P hần mol hơi (vapor/phase fraction) của dòng bằng bao nhiêu?

Những giá trị màu xanh là do người sử dụng nhập vào và vì thế có thể thayđổi được, còn những giá trị màu đen là do HYSYS tính toán nên không thể thay đổiđược. Như trong hình 2.14 các giá trị nhiệt độ, áp suất, lưu lượng dòng là do ngườisử dụng nhập vào nên có thể thay đổi được , còn các giá trị còn lại là do HYSYS tính

toán. Nhìn vào màu sắc của các dòng vật chất cng có thể biết được dòng đó đã

đầy đủ thông tin hay chưa

Màu xanh đậm = Dòng đã được cung cấp đầy đủ thông tin

Màu xanh nhạt = Thông tin chưa đầy đủ.

Vì thế nếu mi tên có màu xanh đậm có nghĩa là tất cả các tính chất đã đượctính toán. Bất cứ khi nào việc xác định và tính toán các tính chất của dòng có thểxem và thay đổi bằng cách đơn giản là nhắp đúp vào dòng.

2. Lưu vào thư mục xác định

2.9. Tóm tắt và ôn tập chƣơng 2

Trong phần đầu tiên của chương đã giới thiệu cách bắt đầu HYSYS như thếnào, làm quen được với môi trường mô phỏng và đã trình bày cách nhập thành phần

các cấu tử trong mô phỏng như thế nào. Việc chọn lựa chính xác fluid/themodynamic package là rất quan trọng vì vậy

trong chương này cng đã đưa ra một sơ đ hình cây gợi ý giúp người sử dụng chọnđúng được hệ nhiệt động phù hợp.

Phần tiếp theo của chương này chỉ cách làm thế nào để vào và trở lại môitrường mô phỏng, làm quen với simulation flowsheet , hơn nữa trong phần này người sử dụng có thể rút ra được một số điểm quan trọng của HYSYS.

Trong phần cuối của chương này đã đề cập đến các cách nhập và khai báodòng nguyên liệu trong mô phỏng. Cách khai báo các tham số là một bước rất quantrọng trong mô phỏng, cần hiểu và thực hiện đúng trong từng trường hợp cụ thể. Khingười sử dụng muốn khai báo dòng nguyên liệu cần xác định ít nhất bốn tham số thìHYSYS có thể tính toán được các tính chất còn lại .

2.10. Bài tập

1. Thiết lập một dòng vật liệu chỉ có H2O với các điều kiện sau:

Fluid Package: Peng-Robinson


27/137

28

Flowrate : 100 kgmole/h

Pressure : 1 atm

Vapor/phase fraction : 1.0

Nhiệt độ của dòng bằng bao nhiêu?

2. Làm lại bài toán trên, thay áp suất bằng nhiệt độ là: 150ºC

Áp suất của dòng bằng bao nhiêu?

3. Với cùng bài toán 2 nhưng giảm nhiệt độ xuống 70ºC

Áp suất của dòng bây giờ bằng bao nhiêu?

4. Tạo một dòng mới chỉ có H2O với các điều kiện sau:

Fluid Package : Peng-Robinson

Flowrate : 100 kgmole/h

Pressure : 2 atm

Vapor/phase fraction: 1.0

Nhiệt độ của dòng này bằng bao nhiêu?

5. Với cùng điều kiện trên nhưng tăng áp suất lên 5 atm

Nhiệt độ của dòng lúc này bằng bao nhiêu?

6. Với cùng điều kiện như bài 4, tăng áp suất lên 0,5 atm

Nhiệt độ của dòng mới bằng bao nhiêu? 7. Có thể rút ra được kết luận gì từ các bài toán trên (bài 2.1 bài 2.6).


28/137

29

Chƣơng 3

PHƢƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI

Nội dung Khi tính toán các phương trình các trạng thái cho phép xác định được thể tíchcủa hỗn hợp khí tại điều kiện nhiệt độ và áp suất xác định. Nếu không sử dụng các phương trình trạng thái thì hầu như không thể thiết kế được các nhà máy hoá chất.Bởi vì từ việc xác định thể tích này có thể tính toán được kích thước và hơn nữa làgiá thành của các nhà máy đó.

HYSYS có các phương trình trạng thái như Peng-Robinson (PR) và Soave-Redlich-Kwong (SRK). Trong đó, phương trình Peng-Robinson được sử dụng trongkhoảng biến đổi rộng nhất của các thông số công nghệ và với các hệ đa dạng nhất.Từ các phương trình Peng-Robinson (PR) và Soave-Redlich-Kwong (SRK) trực tiếptính toán ra tất cả các tính chất cân bằng và các tính chất nhiệt động của hệ . Các phương trình PR và SRK có chứa các hệ số tương tác bậc hai cho tất cả các cặp hydrocacbon-hydrocacbon (tập hợp các tham số tương tác tạo liên kết và không tạoliên kết) và hầu hết các cặp bậc hai hydrocacbon – phi hydrocacbon.

Trong chương này sẽ hướng dn người sử dụng khai báo thể tích của hỗn hợp

khí tại điều kiện nhiệt độ và áp suất xác định . Đng thời sẽ chỉ dn cách phân tíchtính chất của các cấu tử khi sử dụng Case Study Utility.

Mục tiêu

Sau khi học xong người sử dụng có thể :

Xác định được thể tích của các cấu tử riêng biệt hay hỗn hợp cấu tử.

So sánh kết quả với các phương trình trạng thái khác nhau.

Xem lại kết quả bằng Workbook .

Phân tích các tính chất bằng case studies.

Yêu cầu

Trước khi học chương này người sử dụng cần phải biết:

Cách vào HYSYS.

Chọn cấu tử.

Xác định và chọn fluid package.

Nhập và xác định dòng nguyên liệu (material stream).


29/137

30

3.1. Phƣơng trình trạng thái – Các biểu thức toán học

Phương trình trạng thái thể hiện mối tương quan giữa áp suất nhiệt độ vàthể tích được thể hiện qua phương trình cân bằng :

pV = nRT hoặc pv = RT trong đón

V

Trong đó p là áp suất tuyệt đối, V là thể tích, n là số mol, R là hằng số khí lýtưởng, T là nhiệt độ tuyệt đối. Đơn vị của R được lựa chọn sao cho phù hợp với cácđơn vị của các biến khác. Phương trình này phù hợp khi áp suất thấp (ví dụ 1 atm).Tuy nhiên nhiều quá trình hoá học lại thực hiện tại một áp suất rất cao. Trong điềukiện đó thì phương trình này không phù hợp để tính toán.

Vì thế đã có nhiều phương trình tr ạng thái khác được phát triển nhằm mô tảđược các quá trình hoá học thực hiện ở áp suất cao. Sự mở rộng đầu tiên định luật

khí lý tưởng là phương trình trạng thái van der Waals:

a

b

RT p

Sự mở rộng này là bước ngoặt đầu tiên, tuy nhiên phương trình này chưa thểđáp ứng được trong điều kiện áp suất rất cao. Phương trình trạng thái Redlich-Kwong (RK) là sự biến đổi phương trình trạng thái van der Waals và sau đó đã tiếptục được biến đổi bởi Soave được mang tên là phương trình trạng thái Soave -

Redlich-Kwong (SRK), được sử dụng r ộng rãi trong các quá trình mô phỏng. Mộtdạng khác của phương trình trạng thái RK là phương trình trạng thái Peng -Robinson(PR) cng được sử dụng rất phổ biến.

Bảng 3.1 dưới đây đưa ra so sánh các công thức sử dụng trong HYSYS củacác phương trình trạng thái PR và SRK .

3.2. Thực hiện mô phỏng

Bài toán : Tìm thể tích của n-butan tại 500 K và 18 atm, sử dụng các phương trìnhtrạng thái Soave-Redlich-Kwong (SRK) và Peng-Robinson (PR).

Trình tự thực hiện như sau:

1. Khởi động HYSYS

2. Mở new case sử dụng một trong ba cách sau: chọn từ thanh menu chính FileNew Case , hoặc sử dụng phím tắt Crtl-N , hoặc bấm vào biểu tượng New trênthanh công cụ.


30/137

31

Bảng 3.1. So sánh phương trình trạng thái SRK và PR

Soave-Redlich-Kwong Peng - Robinson

0)(

)(

223

AB Z B B A Z Z

b

a

b

RT P

0()32()1(

)()(

32223

B B AB Z B B A Z B Z

bbb

a

b

RT P

Trong đó

b =

N

i

iib x

1

N

i

iib x

1

bi=i

i

Pc

RTc08664.0

i

i

Pc

RTc077796.0

a =

N

i

N

jij ji ji k aa x x

1 1

5.0

)1()(

N

i

N

jij ji ji k aa x x

1 1

5.0

)1()(

ai = aci i aci i

aci =ci

ci

P

RT 2

)(42748.0

ci

ci

P

RT 2)(457235.0

5.0i

)1(1 5.0rii T m )1(15.0

rii T m

mi =

2

176.0574.148.0 ii

2

26992.054226.137646.0 ii

A = 2)( RT

aP 2

)( RT

aP

B = RT

bP RT

bP

3. Thiết lập cơ sở mô phỏng

Trong giao diện Simulation Basis Manager (xem trong chương 2 đã trình bày chi tiết) điền các thông tin cho trong bảng sau.

Tab Chọn

Property Package Soave-Redlich-Kwong (SRK)

Components n-butane

Khi đã hoàn thành, bấm vào phím Enter Simulation Envir onment , bây giờđã sẵn sàng để bắt đầu mô phỏng.


31/137

32

4. Tạo lập dòng vật chất

Có một số cách khác nhau để tạo một Stream : bấm phím nóng F11 , hoặc bấm vào biểu tượng Stream trên Object Palette , hoặc chọn Flowsheet trên menuchính và chọn Add Str eam trong danh sách.

Khai báo các tham số của dòng

Nhập vào Stream với các giá trị sau:

Trong ô này Nhập giá trị …

Name 1

Temperature 500 K

Pressure 18 atm

Compositions n-butane 100%

Molar Flow 100 kgmole/h

Lưu và đặt tên EOS SRK . Khi hoàn thành dòng sẽ có giao diện như hình 3.1.

5 . Đọc kết quả tính toán trong Workbook

Bấm vào Tools trên thanh menu chính, chọn Workbook hoặc bấm phímnóng Crtl+W như biểu diễn trên hình 3.2.

Hình 3.1. Hoàn thành thiết lập dòng vật chất


32/137

33

Sau đó bấm vào View và Workbook xuất hiện như trên hình 3.3.

Trong HYSYS thể tích được khai báo là Molar Volume nhưng trongWorkbook trên hình 3.3 không thể hiện Molar Volume , vì vậy cần phảinhập thêm biến vào Workbook .

Để nhậpMolar Volume

hay một biến nào khác: mởWorkbook

, trên thanhmenu chính của giao diện Workbook chọn Workbook , trong danh sách chọn Setup, sẽ xuất hiện cửa sổ như trên hình 3.4.

Hình 3.3. Cửa sổ Workbook

Hình 3.2. Thao tác mở Workbook để xem kết quả tính toán


33/137

34

Trong Var iables Tab bấm vào phím Add ở phía bên phải.

Cửa sổ để chọn biến sẽ được hiển thị như hình 3.5.

Trong Variable tab cuốn dọc theo danh sách cho đến khi tìm thấy biến cần thêm vào Molar Volume , bấm phím OK để hoàn tất việc bổ sung biến vàoWorkbook . Đóng của sổ bằng biểu tượng X màu đỏ ở góc trên bên phải cửasổ Select Variables for Main.

Giá trị của biến Molar Volume sẽ hiển thị trong Workbook như trong hình 3.6.

Molar Volume của n-butane bằng bao nhiêu?___________________

Hình 3.4. Cửa sổ Setup để nhập thêm biến vào Workbook

Hình 3.5. Cửa sổ để chọn biến


34/137

35

6. Sử dụng Case Studies để phân tích các tính chất của n-butan

Sau khi đã hoàn thành bài mô phỏng, sử dụng để phân tích thể tích mol củan- butan khi nhiệt độ thay đổi.

Trên thanh menu chính, chọn Tool , trong danh sách thả xuống chọn Databook hoặc bấm phím nóng Ctrl+D như hình 3.7.

Sau đó, bấm phím Insert , sẽ hiển thị giao diện Variable Navigator như hình 3.8.

Trong cột Object chọn dòng 1 , trong cột Variable chọn Molar Volume . Sauđó bấm vào phím OK (như biểu diễn trên hình 3.9).

Hình 3.6. Workbook đã hiển thị giá trị biến Molar Volume

Hình 3.7. Cách mở Databook


35/137

36

Thực hiện tương tự như bước 3 để nhập biến Temperature . K hi đó giao diện Databook sẽ xuất hiện như hình 3.10.

Hình 3.8. Giao diện Variable Navigato r

Hình 3.9. Nhập biến Molar Volume

Hình 3.10. Giao diện DataBook sau khi nhập Variables


36/137

37

Chuyển sang Case Studi es tab. Điền các thông tin vào giao diện như tronghình 3.11 dưới đây.

Bấm vào phím View … và điền thông tin vào bảng trong giao diện như hình3.12 dưới đây.

Bấm vào phím Start để phân tích kết quả. Khi quá trình phân tích hoànthành, bấm vào phím Result để xem kết quả hiển thị như trên hình 3.13.

Có thể rút ra được kết luận gì từ đồ thị trên hình 3.13 ?___________ Lưu Case với tên là EOS SRK vào thư mục xác định.

Hình 3.11. Điền thông tin vào Case Stud ies tab

Hình 3.12. Điền thông tin vào bảng


37/137

38

7. Thay đổi Fluid Package

Bấm phím Enter Basis Envir onment trên thanh công cụ để trở về giao diệnSimulation Basis Manager ban đầu.

Vào Prop Pkg tab, trong danh sách bên trái cửa sổ, cuốn dọc theo danh sách

và chọn Peng Robinson EOS . Bấm vào mi tên màu xanh trên thanh công cụ để trở về PFD .

Các điều kiện của bài toán giữ nguyên, lưu Case với tên mới EOS PR .

Xem kết quả tính toán trong Workbook và Case Study .


Trong Chương này đã giải quyết được vấn đề rất đơn giản là tìm thể tích riêng của một đơn chất bằng Aspen HYSYS. Khi sử dụng HYSYS các tham số đượclưu trữ trong database (cơ sở dữ liệu) và việc tính toán đã được lập trình trước đó .Vì vậy điều quan trọng là biết cách sử dụng đúng các giao diện, các biểu đ.

Trong chương này người dùng đã biết cách sử dụng Workbook để xem kếtquả, Workbook là cách tốt nhất để hiển thị các thông tin dưới dạng bảng. Workbook được thiết kế nhằm mục đích đó và mở rộng ra cho việc nhập thông tin khi thực hiện bài toán mô phỏng. Thêm vào đó, Workbook hiển thị thông tin của các dòng và cácthiết bị mô phỏng trong HYSYS ( streams, pipes controllers, separators, …).

Có thể sử dụng Case Study để phân tích tính chất của quá trình. Case Stud y còn được sử dụng để kiểm tra đánh giá khi thay đổi giá trị của các biến quan trọng

Hình 3.13. Kết quả phân tích


38/137

39

trong chương trình mô phỏng tĩnh. Sau khi Case Study hoàn thành tính toán, kết quảđược biểu diễn ở dạng đ thị

Có thể so sánh được kết quả tính toán từ hai hệ nhiệt động khác nhau làPeng-Robinson (PR) và Soave-Redlich-Kwong (SRK).

3.4. Bài tập 1. Tìm Molar Volume của khí amoniac ở 56 atm và 450 K sử dụng phương trình

trạng thái Soave-Redlich-Kwong (SRK).

2. Tìm Molar Volume của khí metanol tại áp suất 100 atm và 300ºC sử dụng phươngtrình trạng thái Peng-Robinson (PR). So sánh Molar Volume của khí metanol khisử dụng phương trình trạng thái Soave-Redlich-Kwong (SRK).

3. Cho một hỗn hợp khí đi vào thiết bị chuyển h oá khí bằng hơi nước (WGS) để sản

xuất hydro: 630 kmol/h CO, 1130 kmol/h H2O, 189 kmol/h CO2, 63 kmol/h H2.Áp suất hỗn hợp khí là 1 atm và nhiệt độ là 500K. Sử dụng phương trình trạngthái Soave-Redlich-Kwong (SRK) tính thể tích riêng của hỗn hợp khí.

4. Cho một hỗn hợp khí gm 25% amoniac và phần còn lại là nitro và hydro với tỉ lệlà 1:3, tại 270 atm và 550 K . Sử dụng phương trình trạng thái Peng-Robinson(PR) để tính thể tích riêng của hỗn hợp khí.

5. Cho hỗn hợp khí ra khỏi thiết bị phản ứng tổng hợp metanol có thành phần như

sau: 100 kmol/h CO; 200 kmol/h H2; 100 kmol/h metanol. Hỗn hợp khí ở áp suất 100 atm và nhiệt độ 300ºC. Tính toán thể tích riêng của hỗn hợp sử dụng phươngtrình trạng thái Soave-Redlich-Kwong (SRK) và so sánh với kết quả tính toán khisử dụng phương trình trạng thái Peng-Robinson (PR).


39/137

40

Chƣơng 4

BƠM

Nội dung Trong chương này giải quyết vấn đề tìm nhiệt độ dòng ra của bơm khi biếtcông suất của bơm.

Làm quen với công cụ mô phỏng bơm trong HYSYS để thực hiện các quátrình trong đó có sử dụng bơm.

Học cách kết nối các dòng vào bơm.

Tính nhiệt độ dòng ra khi biết công suất của bơm hoặc ngược lại.

Bơm được sử dụng để tăng áp suất của dòng lỏng vào. Tùy thuộc vào cáctham số được khai báo ban đầu, sẽ tính toán nhiệt độ, hoặc áp suất chưa biết hoặccông suất của bơm.

Mục tiêu

Sau khi học xong chương này người sử dụng có thể:

Thiết lập được bơm trong HYSYS để mô phỏng các quá trình bơm.

Kết nối các dòng với thiết bị.

Xác định công suất của bơm và nhiệt độ dòng ra.

Yêu cầu


Bắt đầu mô phỏng trong HYSYS.

Lựa chọn các cấu tử. Xác định và lựa chọn hệ nhiệt động phù hợp cho fluid package.

Nhập và khai báo dòng vật liệu material stream.


40/137

41

4.1. Bài toán

Bơm được dùng để vận chuyển chất lỏng. Bơm làm tăng áp suất của chấtlỏng. Nước vào bơm có nhiệt độ 120ºC và áp suất 3 bar được đưa vào bơm hoạtđộng với công suất 10% định mức. Lưu lượng của dòng nước là 100 kmol/h và ápsuất dòng ra khỏi bơm là 84 bar. Sử dụng phương trình trạng thái Peng-Robinson

( PR) cho fluid package, hãy xác định nhiệt độ của dòng nước ra khỏi bơm.

4.2. Tiến hành mô phỏng bơm

1. Khởi động chương trình Hysys

2. Mở một New Case

3. Xây dựng cơ sở mô phỏng

Trong giao diện Simulation Basis Manager (xem trong chương 2 đã trình

bày chi tiết)

Tab Chọn

Property Package Peng-Robinson (PR)

Components H 2O

Khi đã hoàn thành, bấm vào phím Enter Simulation Envir onment , bây giờ

đã sẵn sàng để bắt đầu mô phỏng. 4. Thiết lập dòng vật chất

Có một số cách khác nhau để tạo một Stream : bấm phím nóng F11 , hoặc bấm vào biểu tượng Stream trên Object Palette , hoặc chọn Flowsheet trên menu chính vàchọn Add Stream trong danh sách.

Nhập dòng nguyên liệu (Stream ) với các giá trị sau:


Name Feed

Temperature 120oC

Pressure 3 bar

Compositions H 2O 100%


Nhập tiếp dòng thứ hai (Stream ) với các tham số sau:


41/137

42


Name Outlet

Pressure 84 bar

5. Thiết lập thiết bị Có các cách khác nhau để tạo lập thiết bị trong HYSYS:

Sử dụng menu chính, chọn Flowsheet , trong danh sách thả xuống chọn

Add Operation hoặc bấm phím F12 . Giao diện các thiết bị mô phỏng

UnitOps sẽ xuất hiện. Lựa chọn thiết bị cần thiết.

Mở Workbook , vào UnitOps page, bấm phím Add UnitOp . Giao diện các

thiết bị mô phỏng UnitOps sẽ xuất hiện. Lựa chọn thiết bị cần thiết.

Sử dụng Object Palette : từ Flowsheet menu, chọn Open , hoặc bấm phímF4 . Nhắp đúp vào biểu tượng thiết bị cần sử dụng.

Sử dụng phím phải chuột bấm vào biểu tượng thiết bị cần sử dụng từ

Object Palette và đưa vào PFD.

Sử dụng một trong các cách trên để thiết lập bơm trong PFD. Khi đó giao

diện PFD sẽ xuất hiện như hình 4.1.

Hình 4.1. Khởi tạo các dòng và bơm trong PFD


42/137

43

6. Nối bơm với các dòng

Nhắp đúp vào biểu tượng bơm Pump P-100 để mở giao diện thuộc tính của bơm( Pump Window Property) như hình 4.2.

Trong Design tab, vào Connection page, trong ô Inlet chọn Feed từ danhsách và trong ô Outlet chọn Outlet từ danh sách như hình 4.3.

Hình 4.3. Nối bơm với các dòng

Hình 4.2. Cửa sổ thuộc tính của bơm

Các page

Các tab


43/137

44

Như trên hình 4.3, phía bên dưới cửa sổ xuất hiện thông báo lỗi (trong băng

màu đỏ) cho biết rằng cần nhập năng lượng cho bơm. Để nhập năng lượng cho bơm,

vào ô Energy và thêm chữ Work như trong giao diện hình 4.4.

Khi đầy đủ thông tin sẽ có thông báo OK màu xanh cho biết việc k ết nối bơmvới các dòng vật chất và dòng năng lượng đã hoàn thành (hình 4.4).

7. Khai báo tham số công suất của bơm

Công suất mặc định của bơm là 75% định mức, theo đầu bài công suất của

bơm chỉ có 10% định mức, cần phải thay đổi giá trị này.

Trong giao diện thuộc tính của bơm, trên Design tab vào Parameters page,

trong ô Adiabatic E ff iciency nhập giá trị 10% (như trong hình 4.5).

Hình 4.4. Khởi tạo dòng năng lượng cho bơm

Bơm yêu cầu cung cấp đủ tham số của dòng vào, còn dòng ra chỉ yêu cầu khai báo giá trị áp suất


44/137

45

Khi đó thông tin đã đầy đủ và bơm có thể được tính toán. Vào Worksheet đểxem kết quả (hình 4.6).

Nhiệt độ của dòng ra là bao nhiêu? ___________________________


Vào F i le

Vào Save as Đặt tên file là Pump và bấm phím OK

Hình 4.6. Worksheet tab của bơm

Hình 4.5. Thay đổi công suất của bơm


45/137

46

4.3. Thảo luận

Qua ví dụ này nhận thấy rằng khi bơm chất lỏng có thể làm tăng nhiệt độ dòng. Trong trường hợp này, k hi công suất của bơm chỉ có 10% đã làm nhiệt độdòng nước tăng lên 18oC. Công suất bơm càng thấp, nhiệt độ dòng nước sau bơmcàng tăng cao, vì khi đó năng lượng của bơm sử dụng phải lớn hơn để đưa chất lỏng

ra ngoài khi mà áp suất của dòng ra yêu cầu không đổi . Như thế phần lớn nănglượng chuyển sang làm tăng nhiệt độ dòng chất lỏng.


Tìm được nhiệt độ đầu ra của bơm khi cho công suất của bơm

Kết nối các dòng vớ i bơm

Xác định nhiệt độ đầu ra khi biết công suất của bơm và ngược lại

4.5. Bài tập nâng cao

Khi nhiệt độ đầu ra của bơm là 200ºC thì công suất của bơ m là bao nhiêu?


46/137

47

Chƣơng 5

MÁY NÉN

Nội dung Trong chương này sẽ giải quyết vấn đề tìm nhiệt độ đầu ra của máy nén khi biết công suất của máy nén. Người sử dụng biết cách thao tác với Compressor trongHYSYS để mô phỏng quá trình nén.

Máy nén được sử dụng để tăng áp suất cho một dòng khí, tùy thuộc vào thôngtin được cung cấp, Compressor sẽ tính toán các tính chất của dòng (nhiệt độ hoặc ápsuất) hay công suất của máy nén.

Mục tiêu Sau khi học xong người sử dụng có thể:

Xác định một cấu tử mới bằng cách sử dụng các giả thuyết (hypotheticals)

Thao tác với Compressor trong HYSYS để mô phỏng quá trình nén khí

Xác định công suất của Compressor và nhiệt độ đầu ra của dòng

Yêu cầu


Cách khởi động HYSYS

Lựa chọn các cấu tử

Xác định và chọn Hệ nhiệt động ( fluid package)

Nhập và xác định dòng nguyên liệu (material stream)


47/137

48

5.1. Bài toán

Máy nén dùng để vận chuyển khí và làm tăng áp suất của dòng khí. Có mộthỗn khí tự nhiên (gm C1, C2, C3, n-C4, i-C4, i-C5, n-C5, n-C6, C7

+ ) ở áp suất 1 barvà nhiệt độ 100ºC được đưa vào máy nén làm việc với công suất 30%. Lưu lượngdòng khí là 100 kmol/h. Áp suất ra khỏi máy nén là 5 bar. Sử dụng phương tr ình PR.

Xác định nhiệt độ của dòng khí ra khỏi máy nén.

5.2. Tiến hành mô phỏng máy nén

1. Khởi động chương trình H YSYS

2. Mở New Case

3. Xây dựng cơ sở mô phỏng

Trong giao diện Simulation Basis Manager (xem trong chương 2 đã trình

bày chi tiết), nhập các thông tin như trong bảng sau: Trong trang… Chọn…


Components C 1 , C 2 , C 3 , n-C 4 , i-C 4 , i-C 5 , n-C 5 , n-C 6 , C 7 +

Cấu tử C7+ không tn tại trong danh sách các cấu tử vì thế phải tạo một cấu tử

mới và sử dụng Hypothetical

4. Tạo cấu tử mới

Bấm vào menu Hypothetical , sau đó bấm phím Add Component để thêm cấutử mới vào danh sách (hình 5.1).

Hình 5.1. Giao diện chọn các cấu tử


48/137

49

Bấm vào phím Qui ck Create Hypo Component để tạo một cấu tử giả mới. Cấutử giả có thể sử dụng để mô hình các cấu tử không có trong danh sách, một hỗnhợp đã biết hoặc chưa biết, hoặc một chất rắn. Trong trường hợp này có thể sửdụng cấu tử giả để xác định hỗn hợp khí bao gm các cấu tử nặng hơn hexan .

Trong giao diện vừa xuất hiện (hình 5.2), bấm vào I D tab và đặt tên cho cấu tử

vừa tạo ra là C7+

.

Khi không biết cấu trúc của cấu tử giả định và đang xây dựng mô hình hỗn

hợp, sẽ không sử dụng phím Structure Builder . Chuyển sang Critical tab (hình 5.3). Chỉ cần cung cấp thông tin cho cấu tử

C7+ trong ô Normal Boili ng Pt là 110ºC (230 o F) .

Bấm vào phím Estimate Unknown Props để ước tính tất cả các tính chấtcòn lại và cấu tử giả định đã hoàn toàn được xác định.

Hình 5.2. Giao diện tạo C 7 + Hình 5.3. Giao diện tạo C 7

+

Tối thiểu cần cung cấp để xác định cấu tử giả định là Normal Boil ing Pt hoặc

Molecular Weight và I deal L iq Density


49/137

50

Khi cấu tử giả đã được xác định, đóng cửa sổ giao diện tạo C 7+ để quay trở

về giao diện Fluid Package.

Nhập thêm cấu tử giả vào danh sách Select Component bằng cách chọn C7+

trong danh sách Avai lable Hypo Component , sau đó bấm vào phím AddHypo (hình 5.4).

Mỗi cấu tử giả định là một phần của Hypo Groups . Cấu tử mới tạo thànhđược mặc định đưa vào HypoGroup1 . Có thể nhập thêm các Groups mới và dichuyển các cấu tử giữa các nhóm. Điều này được thực hiện trong Hypotheticals tab của Simulation Basis Manager .

So sánh các tính chất của C7+ với C7 và C8

C7+ C7 C8

Normal Boiling Point

Ideal Liquid Density

Molecular Weight

Hình 5.4. Giao diện nhập thêm cấu tử giả định C 7 +

Nên nhập thêm các cấu tử C7 và C

8 vào danh sách để so sánh tính chất của nó

với cấu tử giả định. Sau khi so sánh phải xóa C7 & C8 để bắt đầu mô phỏng.


50/137

51

Khi đã hoàn thành, bấm vào phím Enter Simulation Envir onment , bây giờđã sẵn sàng để bắt đầu mô phỏng.

5 . Khởi tạo dòng ( I nstall ing a Stream)

Có một vài cách để khởi tạo dòng:

Bấm phím F11 . Hiển thị giao diện thuộc tính của dòng.

Hoặc nhắp đúp vào biểu tượng Stream trong Object Palette

Khởi tạo dòng vật liệu với các thông tin cho trong bảng sau:

Trong ô này… Nhập thông tin …

Name Natural Gas

Temperature 100oC

Pressure 1 bar


Component Mole Fraction

C 1 0.330

C 2 0.143

C 3 0.101

i-C 4 0.098

n-C 4 0.080

i-C 5 0.069

n-C 5 0.059

n-C 6 0.078

C 7 +

0.042

6. Thiết lập máy nén

Có một vài cách để khởi tạo thiết bị mô phỏng (xem chi tiết chương 4): Bấm phím nóng F12 . Chọn thiết bị cần sử dụng trong nhóm thiết bị AvailableUn i t operations group . Hoặc nhắp đúp vào biểu tượng thiết bị trong ObjectPalette .

Trong Connection page của Design tab trên giao diện thuộc tính của máynén (Compressor ) nhập các thông tin cho trong bảng sau:


51/137

52

Trong ô này… Nhập thông tin … Name Compressor

Feed Natural Gas

Outlet Comp Out

Energy Work

Giao diện nhận được như trong hình 5.5. Chuyển sang Parameters page. Đổi Adiabatic E ff iciency là 30% (hình 5.6)

Chuyển sang Worksheet tab. Trên Conditions page, điền thông tin nhưtrong hình 5.7. Nhập giá trị Pressure của dòng Comp Out bằng 5 bar .

Hình 5.5. Giao diện Compressor – Design tab – Connect ions page

Các page

Các tab

Hình 5.6. Giao diện Compressor – Design tab – Parameters page


52/137

53

Nhiệt độ dòng khí ra khỏi Compressor là bao nhiêu ?________________


Vào Fi le

Vào Save as

Đặt tên file là Compressor và bấm phím OK

5.3. Thảo luận

Qua ví dụ này nhận thấy rằng Compressor có thể làm tăng nhiệt độ của dòngkhí. Trong trường hợp này Compressor chỉ hoạt động ở 30% công suất định mức,làm tăng nhiệt độ dòng khí lên 165 ,3oC. Công suất của Compressor càng nhỏ, thì sẽlàm nhiệt độ của dòng khí nén tăng lên càng lớn.

5.4. Tóm tắt và ôn tập chƣơng 5 Tìm được nhiệt độ dòng ra khi biết công suất của Compressor . Máy nén chủ

yếu dùng để vận chuyển khí. Trong chương này đã sử dụng Compressor đểmô phỏng quá trình nén. Biết cách khai báo các tham số của mộtCompressor .

Tìm được nhiệt độ dòng ra khi biết công suất của Compressor .

5.5. Bài tập nâng cao

Nếu nhiệt độ dòng ra là 400°C thì công suất của máy nén là bao nhiêu? ___

Hình 5.7. Giao diện Compressor – Worksheet tab – Condi t ions page


53/137

54

Chƣơng 6

TUỐCBIN GIÃN NỞ KHÍ (EXPANDER)

Nội dung Giải quyết bài toán tìm nhiệt độ đầu ra của expander khi biết công suất. Thựchành với expander trong HYSYS để mô phỏng quá trình giãn khí. Xác định nhiệt độđầu ra khi biết công suất và ngược lại

Expander được sử dụng làm giảm áp suất của dòng khí vào có áp suất cao vàtạo dòng khí sản phẩm ra có áp suất thấp và tốc độ cao. Quá trình giãn nở là quátrình chuyển đổi nội năng của khí thành động năng và sinh công. Expander sẽ tínhtoán hoặc là tính chất của dòng hoặc là công suất giãn nở .

Tùy vào thông tin được cung cấp, có một vài phương pháp tính toán. Nóichung, tính toán sự phụ thuộc của lưu lượng dòng, sự thay đổi áp suất, năng lượng,và công suất. Expander tính toán rất linh động tùy theo các thông tin được khai báo ban đầu. Cần phải đảm bảo không có quá nhiều thông tin hoặc thông tin mâu thun.

Mục tiêu

Sau khi học xong người sử dụng có thể:

Thực hành với expander để mô phỏng quá trình giãn khí trong HYSYS

Xác định công suất giãn khí và nhiệt độ của dòng ra.

Yêu cầu


Cách khởi động HYSYS

Lựa chọn cấu tử.

Xác định và chọn hệ nhiệt động ( fluid package).

Nhập và xác định dòng nguyên liệu (material stream).


54/137

55

6.1. Bài toán

Expander dùng để giảm áp suất của một dòng khí vào cao áp và tạo dòng khísản phẩm ra có áp suất thấp và vận tốc lớ n. Hỗn hợp khí gm metan, etan, và propanở nhiệt độ 25ºC, áp suất 20 bar , được đưa vào expander với công suất 30% định mức. Lưu lượng dòng khí là 100 kgmol/h, áp suất ra khỏi expander là 5 bar. Sử dụng

phương trình Peng-Robinson, xác định nhiệt độ đầu ra của hỗn hợp khí.

6.2. Tiến hành mô phỏng tuốcbin giãn nở khí

1. Xác định fluid package theo các thông tin cho trong bảng.

Trong trang… Chọn…


Components C1, C2, C3

Bấm vào phím Enter Simulation Envir onment

2. Thiết lập dòng vật liệu

Trong ô … Nhập thông tin …

Name Natural Gas

Temperature 25oC

Pressure 20 bar


Component Mole Fraction

C 1 0.500

C 2

Documents

Hysys Mo Phong CNHH (2010).pdf