Computer-Aided Chemical Engineering - Chương 6a: Thí dụ xử lý khí

Nội dung text: Computer-Aided Chemical Engineering - Chương 6a: Thí dụ xử lý khí

1. Tạo lập một tập thứ nguyên mới 3. Di chuyển đến ô Flow bằng cách click vào lbmole/hr. 4. Mở danh mục rơi của các thứ nguyên hiện có trong thanh Edit Bar bằng cách click vào (H. 3) 5. Click vào MMSCFD (H. 4) Bây giờ tập thứ nguyên mới đã được xác định. Nhấn nút Close để bắt đầu thực hiện công việc mô phỏng 7
2. Tạo lập một Gói môi chất 7. Nhấn nút Add, và cửa sổ property đối với gói Fluid Package mới sẽ xuất hiện (H. 6). HYSYS đã tạo một gói Fluid Package với tên mặc định Basis-1. Ta có thể thay đổi tên của gói fluid package này bằng cách nhập tên mới vào ô Name ở phía dưới của cửa sổ. Đối với thí dụ này, chỉ hai thẻ tab đầu tiên, Prop Pkg và Components sẽ được sử dụng. 9
3. Tạo lập một Gói môi chất Một phương án khác là, chúng ta có thể chọn nút radio EOSs như là bộ lọc Property Pkg Filter, tạo thành một danh mục chỉ gồm các gói property packages là phương trình trạng thái Equation of State. Sau đó có thể chọn Peng Robinson từ danh mục đã được lọc này (H. 8). Bình thường, ta nên giữ Component Selection Control ở cách thiết lập mặc định, Only Property Package Compatible Components. Như vậy, HYSYS sẽ lọc các thành phần trong thư viện để chỉ bao gồm các thành phần phù hợp đối với gói Property Package đã chọn. 11
4. Chọn lựa các cấu tử Tại đỉnh của mỗi cột trong ba cột này có một nút radio tương ứng. Dựa trên nút radio đã chọn, HYSYS sẽ xác định vị trí (các) cấu tử mà chúng so khớp tốt nhất với dữ liệu chúng ta nhập vào ô Match. Trong thí dụ này, N2, CO2, C1, C2, C3, iC4 và nC4 sẽ là các cấu tử. Để thêm nitrogen bằng cách sử dụng tính năng so khớp : 10. Chắc chắn rằng nút FullName/Synonym đã được chọn, và hộp chọn Show Synonyms đã được chọn mở. 11. Di chuyển đến ô Match bằng cách click vào ô này, hay nhấn Alt_M. 12. Nhập n2 vào. HYSYS sẽ lọc theo dữ liệu nhập, và chỉ hiển thị các cấu tử khớp với dữ liệu nhập (H. 10). 13. Bây giờ thì Nitrogen được đánh dấu sáng, hãy thêm nó vào Current Composition List bằng cách thực hiện một trong các mục sau : (a) Nhấn phím . (b) Nhấn nút Add Pure. (c) Click đôi chuột vào Nitrogen (lưu ýù rằng Nitrogen cần được đánh dấu sáng đối với trường hợp này) 13
5. Chọn lựa các cấu tử Để thêm các cấu tử còn lại C1 đến nC4, hãy xóa hộp chọn Miscellaneous. Và đánh dấu chọn hộp Hydrocarbons. Một cách nhanh chóng để thêm các cấu tử xuất hiện liên tiếp trong danh mục thư viện là: 19. Click vào cấu tử đầu tiên (trong trường hợp này là C1). 20. Thực hiện một trong các mục sau: (a) Aán và giữ phím Shift và click vào cấu tử cuối cùng, trong trường hợp này là nC4. Mọi cấu tử từ C1 đến nC4 sẽ được đánh dấu sáng. Nhả phím Shift. (b) Click và giữ vào C1, kéo xuống đến nC4, và nhả nút chuột chính. C1 đến nC4 sẽ được đánh dấu sáng. (c) Aán nút Add Pure. Các cấu tử được đánh dấu sáng sẽ được chuyển đến Current Component List. Fig 12: Danh mục cấu tử hoàn chỉnh Lưu ý: Để đánh dấu sáng các cấu tử liên tiếp, sử dụng phím Shift. Để đánh dấu sáng các cấu tử không liên tiếp, sử dụng phím Ctrl. Một cấu tử có thể lấy ra khỏi Current Component List bằng cách chọn cấu tử đó, và ấn nút Remove Comps hay phím Delete 15
6. Hiển thị tính chất của cấu tử Nếu không thấy Simulation Basis Manager, hãy chọn nút Basis Manager trong thanh button bar. Lưu ý rằng danh mục Current Fluid Packages sẽ hiển thị gói Fluid Package mới, Basis-1, cho biết số các cấu tử (NC) và gói property (PP). Gói Fluid Package mới được gán mặc định tới flowsheet chính, như trình bày trong nhóm Flowsheet-Fluid Pkg Associations. Lưu ý rằng khi Basis đã xác lập, ta có thể cài đặt các dòng và thiết bị trong môi trường Main Simulation Environment. 17
7. H. 15: Môi trường mô phỏng & PFD a 19
8. Lưu trữ trường hợp mô phỏng 27. Để lưu trữ trường hợp mô phỏng này, hãy thực hiện một trong các mục sau: (a) Nhấn nút Save trên thanh button bar. (b) Chọn Save trên File menu. (c) Nhấn Ctrl_S. Vì đây là lần đầu tiên lưu trữ trường hợp mô phỏng, hộp đối thoại Save Simulation Case As sẽ xuất hiện (H. 16). Theo mặc định, đường dẫn File Path là thư mục con Cases trong thư mục HYSYS. Để mở một trường hợp mô phỏng đã có, hãy thực hiện một trong các mục sau: (a) Aán nút Open Case (b) Chọn Open Case trên File menu. Một cửa sổ tương tự với cửa sổ trên H. 16 sẽ xuất hiện. 21
9. Mô tả quá trình Trong thí dụ này, ba thiết bị logic sẽ được cài đặt để thực hiện một số chức năng mà các thiết bị vật lý tiêu chuẩn không xử lý được: BALANCE: Sao chép thành phần của dòng thành phẩm SalesGas, để tính toán nhiệt độ đọng sương tại áp suất của đường ống. ADJUST: Để xác định nhiệt độ cần thiết đối với LTS mà nó cho ra một điểm đọng sương đã thiết lập (specified) đối với dòng thành phẩm SalesGas. HYSYS SPREADSHEET: Để tính toán giá trị nhiệt dung thực (net heating value) của dòng thành phẩm SalesGas. Thiết bị BALANCE sẽ được cài đặt trong thí dụ chính. Trong phần nghiên cứu, các thiết bị ADJUST và SPREADSHEET sẽ được cài đặt để khảo sát hiệu ứng về nhiệt độ của LTS vào giá trị nhiệt dung khí thành phẩm. 23
10. Cài đặt các dòng nhập liệu Nói chung, bước đầu tiên khi ta vào môi trường Simulation là cài đặt một hay nhiều dòng nhập liệu. Để tạo một dòng mới: 30. Nhập tên dòng mới Feed 1 vào ô có nhãn New trong thẻ tab Material Streams của sổ Workbook. 31. Nhấn Enter. Sổ Workbook sẽ xuất hiện như H. 17. Bước tiếp theo là xác định các điều kiện nhập liệu, trong trường hợp này là 60oF và 600 psia. Để ý rằng khi ta ấnEnter sau khi nhập tên dòng, HYSYS tự động chuyển ô hoạt động xuống dưới một ô, tức là ô Vapour Fraction. 25
11. Aùp suất của dòng Bây giờ vị trí hoạt động sẽ phải là ô Pressure đối với Feed 1. Giả thiết rằng ta biết áp suất của dòng ở một thứ nguyên khác với thứ nguyên mặc định psia, và ta không thể truy cập nhanh hệ số chuyển đổi. HYSYS sẽ chấp nhận dữ liệu nhập ở một thứ nguyên bất kỳ khác, và tự động chuyển đổi sang thứ nguyên mặc định. Thí dụ, áp suất của Feed 1 là 41.37 bar và để nhập áp suất này: 35. Nhập 41.37. 36. Nhấn (H. 19) 37. Hộp thứ nguyên sẽ chuyển sang trạng thái hoạt động. Bây giờ HYSYS sẽ làm phù hợp dữ liệu nhập để xác định thứ nguyên theo sự lựa chọn của chúng ta. 38. Bắt đầu bằng cách nhập bar. Danh mục rơi của thứ nguyên sẽ mở và cuốn đến (các) thứ nguyên phù hợp tốt nhất với dữ liệu nhập. 39. Một khi bar đã được đánh dấu sáng, nhấn phím Enter hay nút Accept. Để ý rằng việc chuyển đổi đến thứ nguyên mặc định, psia sẽ tự động diễn ra. 27
12. Nhập dữ liệu về thành phần Cửa sổ Input Composition for Stream là cửa sổ dạng modal, được thể hiện với đường biên dày và không có các nút Minimize/Maximize ở góc phía trên bên phải. Khi cửa sổ dạng modal xuất hiện, ta không thể di chuyển ra bên ngoài cửa sổ này cho đến khi ta kết thúc nó, bằng cách nhấn nút Cancel, OK hay Close. 43. Di chuyển đến ô nhập dữ liệu đối với CO2, nhập .01 và nhấn Enter. 44. Tiếp tục nhập các số liệu về phần như H. 21. Khi ta đã nhập các số liệu về phần mol của mỗi cấu tử, giá trị tổng nằm ở phần dưới của cửa sổ sẽ bằng 1.00000. 45. Nhấn nút OK, và HYSYS sẽ chấp nhận thành phần này. Bây giờ, dòng đã hoàn toàn xác định, do đó HYSYS sẽ tính toán cân bằng (flash) dòng theo điều kiện đã cho để xác định các tính chất còn lại của dòng. 29
13. Tạo một dòng mới với tên mặc định Ngoài phương án cài đặt các dòng thông qua sổ Workbook, có một số cách để tạo một dòng mới với tên mặc định. Bảng Object Palette phải được xuất hiện; nếu không, nhấn . Để thêm một dòng nhập liệu khác, hãy thực hiện bất kỳ một trong các mục sau: - Nhấn - Từ Flowsheet menu, chọn Add Stream. - Click đôi vào nút Material Stream trong bảng Object Palette. - Nhấn nút Material Stream trong bảng Object Palette, sau đó click vào nút Add Object của bảng Palette. Mỗi phương pháp trong số bốn phương pháp này sẽ hiển thị cửa sổ property đối với dòng mới, dòng này sẽ được đặt tên theo cách cài đặt Automatic Naming of Flowsheet Objects trong trang Naming page ở thẻ tab Simulation, mà ta có thể truy cập nó thông qua Preferences. Cách cài đặt mặc định sẽ đặt tên các dòng vật chất mới với các con số, bắt đầu là 1 (và các dòng năng lượng bắt đầu là Q-100) 31
14. Xác định dòng nhập liệu thứ hai 48. Di chuyển đến trang Composition page để bắt đầu việc nhập dữ liệu về thành phần đối với dòng nhập liệu mới. 49. Nhấn nút Edit button ở gần đáy của trang Composition page, và cửa sổ Input Composition for Stream sẽ xuất hiện. Để ý rằng cài đặt hiện hành Composition Basis là Preferences’ Default. Yêu cầu nhập thành phần của dòng trên cơ sở khối lượng. 50. Thay đổi Composition Basis sang Mass Fractions bằng cách chọn nút radio tương ứng, Hay bằng cách ấn Alt_N. 51. Click vào ô thành phần đối với Nitrogen, nhập 6 đối với số thành phần của cấu tử này, rồi ấn Enter. (H. 24) 33
15. Xác định dòng nhập liệu thứ hai 55. Nhấn nút OK button để đóng cửa sổ và quay lại cửa sổ property của dòng đang xét. HYSYS đã tiến hành tính toán nhanh để xác định các tính chất chưa biết của dòng Feed 2, như ô biểu thị trạng thái hiển thị thông báo OK. Ta có thể hiển thị tính chất của từng pha bằng cách sử dụng thanh cuốn ngang của bảng matrix trong cửa sổ property. Lấy thí dụ, để hiển thị thành phần pha hơi và thành phần pha lỏng đối với dòng Feed 2, hãy cuốn sang bên phải bằng cách click mũi tên bên phải của thanh cuốn, hay bằng cách click và and drag (kéo) nút cuốn scroll button (H. 27). Lưu ý rằng các thành phần đang được hiển thị theo phần khối lượng (Mass Fraction). Ta có thể thay đổi điều này bằng cách nhấn nút Basis button và chọn một nút radio button Composition Basis khác. 35
16. Hiển thị giản đồ pha Ta có thể hiển thị giản đồ pha đối với một dòng vật chất bất kỳ bằng cách sử dụng tiện ích Envelope Utility của HYSYS. 59. Di chuyển đến trang Utilities page của cửa sổ property đối với dòng Feed 2 bằng cách click vào thẻ tab Attachments và chọn trang Utilities trong chỉ mục index. 60. Để tạo một phase envelope đối với dòng, hãy ấn nút Create button. Cửa sổ Available Utilities sẽ xuất hiện, trình bày một danh mục các tiện ích của HYSYS (H. 29). 61. Thực hiện một trong các mục sau: - Chọn Envelope, rồi ấn nút Add Utility. - Click đôi vào Envelope. HYSYS sẽ tạo lập và hiển thị một phase envelope đối với dòng. Cũng như đối với một dòng, một tiện ích utility có cửa sổ property riêng của mình chứa toàn bộ các thông tin cần thiết để xác định tiện ích này. Khởi đầu thẻ tab Plots của envelope sẽ được hiển thị. Để làm cho envelope dễ đọc hơn, hãy cực đại hóa hay điều chỉnh kích thước của cửa sổ. 37
17. Hiển thị giản đồ pha Thẻ tab Connections cho phép chúng ta thay đổi tên của tiện ích utility và tên của dòng mà tiện ích gắn vào, và hiển thị Critical Values và Maxima (H. 31). Lưu ý rằng một tiện ích là một thực thể riêng rẽ với dòng mà tiện ích này gắn vào; nếu ta Delete tiện ích, dòng sẽ không bị ảnh hưởng. Tương tự như vậy, nếu ta xóa một dòng, tiện ích sẽ vẫn tồn tại nhưng sẽ không hiển thị bất kỳ thông tin nào cho đến khi ta gắn một dòng khác bằng cách sử dụng nút Select Stream button. Hãy đóng tiện ích này lại vì không còn cần đến nữa. Hãy đóng cửa sổ để tiếp tục công việc xây dựng mô phỏng. 39
18. Cài đặt thiết bị trộn dòng 65. Đánh dấu sáng Mixer bắng cách thực hiện một trong các mục sau: - Nhập vào chữ Mixer - Aán phím để cuốn xuống danh mục các thiết bị hiện có đến Mixer. - Cuốn danh mục xuống bằng cách sử dụng thanh cuốn đứng, và click vào Mixer. 66. Với Mixer đã được đánh dấu sáng, ấn nút Add, hay phím Enter. Cửa sổ property đối với thiết bị MIXER được trình bày trên H. 33. Cũng như đối với một dòng, cửa sổ property của thiết bị chứa mọi thông tin xác định thiết bị, được tổ chức thành hai cửa sổ riêng biệt có trong các trang khác nhau được sắp xếp thành các thẻ tab. Có bốn thẻ tab đối với thiết bị MIXER, bao gồm Design, Rating, Worksheet và Dynamics, xuất hiện trong cửa sổ property đối với hầu hết các thiết bị41.
19. Cài đặt thiết bị trộn dòng 69. Chọn dòng Feed 1 từ danh mục (H. 34). Dòng này sẽ được chuyển vào danh mục Inlets, và Add Stream sẽ tự động di chuyển xuống dưới đến một ô trống mới. 70. Lập lại các bước 67 và 68 để kết nối dòng khác, dòng Feed 2. Bây giờ biểu thị trạng thái sẽ hiển thị thông báo Requires a product stream. Một phương án khác là, ta có thể thực hiện việc kết nối bằng cách nhập tên chính xác của dòng vào ô tương ứng, tiếp theo là 43
20. Cài đặt thiết bị trộn dòng 73. Với trang Connections page hoàn chỉnh, Hãy di chuyển đến trang Parameters page bằng cách click vào trang này. 74. Hãy để Automatic Pressure Assignment ở trạng thái cài đặt mặc định là Set Outlet to Lowest Inlet (H. 36). HYSYS đã tính toán dòng đầu ra bằng cách kết hợp hai dòng đầu vào và tính toán cân bằng (flashing) hỗn hợp này tại áp suất thấp nhất của các dòng đầu vào. Trong trường hợp này, cả hai dòng đầu vào có cùng áp suất (600psia), như vậy dòng đầu ra được thiết lập ở 600 psia. 45
21. Cài đặt thiết bị trộn dòng 76. Bây giờ khi thiết bị MIXER đã được tính toán đầy đủ, hãy đóng cửa sổ để quay lại sổ Workbook. Thiết bị mới sẽ được hiển thị trong bảng matrix trên thẻ tab Unit Ops của sổ Workbook (H. 38). Bảng matrix thể hiện Name của thiết bị, Object Type, các dòng gắn kết (Feeds và Products), trạng thái Ignored, và Calculation Level. Khi ta ấn nút View UnitOp button, cửa sổ property đối với thiết bị đang chiếm dòng hiện hành của bảng matrix sẽ được mở. 47
22. Cài đặt thiết bị phân tách đầu vào Thiết bị phân tách đầu vào sẽ phân đôi dòng hai pha MixerOut thành các pha hơi và pha lỏng. Thẻ tab Unit Ops của sổ Workbook một lần nữa cần được chọn. Để cài đặt và xác định thiết bị SEPARATOR: 77. Aán nút Add UnitOp, và cửa sổ UnitOps sẽ xuất hiện. 78. Chọn nút radio Vessels trong nhóm Categories. 79. Chọn Separator trong danh mục Available Unit Operations. 80. Aán nút Add button. Cửa sổ property SEPARATOR sẽ xuất hiện, và trang Connections trên thẻ Design sẽ được chọn. 81. Đổi tên mặc định của thiết bị (V-100) bằng cách nhập chữ InletSep vào ô Name, rồi ấn Enter. 82. Di chuyển đến danh mục Feeds bằng cách click vào ô . 83. Mở danh mục rơi về các dòng nhập liệu hiện có trong thanh Edit Bar. 84. Chọn dòng MixerOut bằng cách thực hiện một trong các mục sau: - Click vào tên dòng trong danh mục rơi. - Nhấn phím để đánh dấu sáng tên dòng, sau đó nhấn Enter. 85. Di chuyển đến ô Vapour Outlet bằng cách thực hiện một trong các mục sau: - Click vào ô. 49 - Nhấn Alt_V.
23. Cài đặt thiết bị phân tách đầu vào 88. Chuyển sang trang Parameters page bằng cách click vào trang này. Delta P (độ giảm áp) mặc định bằng zero là chấp nhận được đối với thí dụ này. Các đại lượng Volume, Liquid Volume và Liquid Level, nói chung được áp dụng đối với các bồn chứa vận hành ở chế độ không ổn định hay có các phản ứng kèm theo, cũng chấp nhận được với giá trị mặc định của chúng. (H. 40). 51
24. Cài đặt thiết bị trao đổi nhiệt Thiết bị kế tiếp cần cài đặt là thiết bị trao đổi nhiệt dạng khí/khí. Bảng Object Palette cần phải xuất hiện trên màn hình; nếu không, hãy ấn . Để cài đặt và xác định một thiết bị trao đổi nhiệt mới HEAT EXCHANGER: 90. Double-click vào nút Heat Exchanger button trên bảng Object Palette. Cửa sổ property của thiết bị trao đổi nhiệt HEAT EXCHANGER sẽ xuất hiện, và trang Connections page sẽ cần chọn. 91. Thay đổi Name của thiết bị từ tên mặc định E-100 sang Gas/Gas. 92. Kết nối các dòng đầu ra và đầu vào như hình H. 42, bằng cách sử dụng phương pháp đã thảo luận trước đây. Để ý rằng chúng ta sẽ phải tạo tất cả các dòng ngoại trừ dòng SepVap, là dòng hiện hữu và có thể chọn từ danh mục rơi Tube Side Inlet. Tạo lập các dòng mới bằng cách di chuyển đến các ô nhập dữ liệu tương ứng, nhập vào tên và ấn Enter. 53
25. Cài đặt thiết bị trao đổi nhiệt 97. Đóng cửa sổ property của thiết bị HEAT EXCHANGER để quay lại sổ Workbook. 98. Di chuyển đến thẻ tab Material Streams của sổ Workbook, thể hiện trên H. 44. Dòng CoolGas chưa được tính toán cân bằng (flashed), vì nhiệt độ của dòng này chưa biết. CoolGas sẽ được tính toán (flashed) khi độ tiếp cận nhiệt độ được thiết lập đối với thiết bị trao đổi nhiệt Gas/Gas, vào thời điểm sau này. Hãy để ý cách mà từng phần thông tin di chuyển (đối với dòng CoolGas) trong flowsheet. HYSYS luôn luôn tính toán càng nhiều tính chất theo khả năng đối với các dòng dựa trên các thông tin hiện có. 55
26. Truy cập các thiết bị từ sổ Workbook a 57
27. Thêm thẻ tab vào sổ Workbook Để ý rằng bốn thẻ tab hiện hữu được liệt kê trong nhóm các trang page của sổ. Khi ta thêm một thẻ tab mới, thẻ này sẽ được chèn vào trước thẻ tab đang được đánh dấu sáng (hiện thời là thẻ Material Streams). Bây giờ ta muốn thêm một thẻ tab mới trước thẻ tab Composition. 100. Click vào thẻ tab Compositions trong danh mục các thẻ tab của sổ Workbook. 101. Nhấn nút Add button. Cửa sổ New Object Type sẽ xuất hiện (H. 48). 102. Click vào Stream để mở rộng thành Material Stream và Energy Stream. Hãy chọn Material Stream và ấn nút OK button, hay double- click vào Material Stream. Ta sẽ quay lại cửa sổ Setup, và thẻ tab mới sẽ được thêm vào sau thẻ tab hiện hữu Material Streams. 103. Click vào ô Name trong nhóm Object, và thay đổi tên cho thẻ tab mới này từ tên mặc định Material Streams 2 thành P,T,Flow để diễn 59 tả nội dung của thẻ tab này một cách phù hợp hơn.
28. Thêm một thẻ tab vào sổ Workbook 109. Đóng cửa sổ để quay lại sổ Workbook và hiển thị thẻ tab mới. Tại thời điểm này, có thể là một ý tưởng tốt nếu ta lưu trữ trường hợp mô phỏng này bằng cách thực hiện một trong các hạng mục sau: (i) Aán nút Save button trên thanh button bar; (ii) Chọn Save từ File menu; 61 (iii) Ấn Ctrl_S