Bài giảng Computer-aided chemical engineering - Chương 1: Mô phỏng công nghệ quá trình nhờ máy tính

Computer-Aided Chemical

Engineering

An Introduction to Process Simulation

C1. Moâ phoûng coâng ngheä quaù trình

nhôø maùy tính

Muïc luïc

1. Moâ phoûng coâng ngheä quaù trình nhôø maùy tính

2. Lòch söû phaùt trieån

3. Caùch tieáp caän moät baøi toaùn moâ phoûng

3.1. Ñònh nghóa

3.2. Nhaäp döõ lieäu

3.3. Thöïc hieän moâ phoûng

3.4. Keát quaû moâ phoûng

3. 5. Phaân tích

4. Caáu truùc cuûa phaàn meàm tính toaùn sô ñoà

4.1 Chieán löôïc tính toaùn

4.2 Caùch tieáp caän moâ ñun tuaàn töï

4.3 Caùch tieáp caän ñònh höôùng phöông trình

4.4 Caùch tieáp caän moâ ñun ñoàng thôøi

5. Caùc heä tích hôïp (Aspen Technology; Hyprotech; Simulation Sciences)

6. Choïn löïa moät phaàn meàm moâ phoûng (Phaân tích chöùc naêng; Phaân tích

treân quan ñieåm khoa hoïc maùy tính; Phaân tích thöông maïi)

7. Toùm taét

2

1. Moâ phoûng coâng ngheä quaù trình nhôø maùy tính

Moâ phoûng laø moät hoaït ñoäng cô baûn trong Coâng ngheä quaù trình. Ñònh nghóa sau ñaây

neâu ra nhöõng ñaëc ñieåm chuû yeáu (Thomeù, 1993):

Moâ phoûng laø moät quaù trình thieát keá moâ hình vaän haønh cuûa moät heä thoáng vaø tieán

haønh caùc thöû nghieäm vôùi moâ hình ñoù nhaèm muïc ñích

❖ hoaëc laø ñeå hieåu bieát veà caùch hoaït ñoäng cuûa heä thoáng

❖ hoaëc laø ñeå ñaùnh giaù caùc chieán löôïc khaùc nhau ñoái vôùi vieäc xaây döïng hay vaän

haønh heä thoáng naøy.

Phaûi coù theå taùi taïo caùc khía caïnh ñaõ choïn veà caùch hoaït ñoäng cuûa heä thoáng ñöôïc moâ

hình ñeán moät ñoä chính xaùc chaáp nhaän ñöôïc.

❖ Moâ phoûng haøm yù laø moâ hình hoaù, cuõng nhö ñieàu chænh moâ hình theo caùc döõ lieäu

thöû nghieäm. Moät moâ hình moâ phoûng phuïc vuï cho vieäc tieán haønh “caùc thöû nghieäm

aûo”. Haàu nhö khoâng theå troâng thaáy ñöôïc trong ña soá caùc tröôøng hôïp, vaø ñöôïc

keát hôïp trong coâng ngheä phaàn meàm, moâ hình hoaù laø moät ñaëc ñieåm chuû yeáu

trong töøng moâ phoûng.

❖ Ñieàu quan troïng caàn nhôù laø moâ phoûng chæ laø söï theå hieän gaàn ñuùng cuûa hieän

thöïc, vôùi moät ñoä chính xaùc nhaát ñònh, vaø khoâng phaûi laø baûn thaân hieän thöïc. Ñoù laø

lyù do taïi sao ngöôøi söû duïng luoân phaûi coù khaû naêng ñaùnh giaù ñoä tin caäy cuûa caùc

keát quaû do phaàn meàm moâ phoûng ñöa ra.

Moâ phoûng trong coâng ngheä quaù trình ñoøi hoûi caùc kieán thöùc khoa hoïc cuï theå nhö moâ

taû chính xaùc caùc tính chaát vaät lyù cuûa caùc caáu töû tinh khieát vaø caùc hoãn hôïp phöùc taïp,

caùc moâ hình ñoái vôùi nhieàu thieát bò phaûn öùng vaø thieát bò coâng ngheä hoaù hoïc khaùc

nhau, cuõng nhö caùc kyõ thuaät soá ñeå giaûi caùc heä phöông trình ñaïi soá vaø vi phaân coù

3

kích thöôùc lôùn.

1. Moâ phoûng coâng ngheä quaù trình nhôø maùy tính

Hoaït ñoäng moâ phoûng chính trong coâng ngheä quaù trình laø tính

toaùn sô ñoà flowsheeting.

Theo ñònh nghóa tröôùc ñaây (Westerberg et al., 1979)

flowsheeting laø söû duïng coâng cuï maùy tính ñeå thöïc hieän caùc tính

toaùn caân baèng nhieät vaø caân baèng vaät chaát, ñònh kích thöôùc thieát

bò vaø chi phí ñoái vôùi moät quaù trình coâng ngheä hoaù hoïc ôû traïng

thaùioån ñònh.

Xeùt ñeán söï phaùt trieån trong caùc thaäp kyû vöøa qua, ta coù theå

phaùt bieåu moät ñònh nghóa môû roäng hôn laø:

❖Flowsheeting laø söï moâ taû moät caùch heä thoáng caùc doøng vaät

chaát vaø doøng naêng löôïng trong moät phaân xöôûng quaù trình

nhôø moâ phoûng treân maùy tính vôùi muïc ñích thieát keá moät phaân

xöôûng môùi hay caûi thieän hoaït ñoäng cuûa phaân xöôûng hieän

höõu.

❖Flowsheeting coù theå ñöôïc söû duïng nhö laø moät coâng cuï trôï

giuùp ñeå thöïc hieän chieán löôïc kieåm soaùt/ñieàu khieån toaøn phaân

4

xöôûng, cuõng nhö quaûn lyù coâng taùc vaän haønh cuûa phaân

xöôûng

.

1. Moâ phoûng coâng ngheä quaù trình nhôø maùy tính

H. 1: Moâ hình môùi trong Coâng ngheä quaù trình: Moâ phoûng laø hoaït ñoäng trung

taâm trong coâng taùc Nghieân cöùu & phaùt trieån, Thieát keá vaø Vaän haønh

5

1. Moâ phoûng coâng ngheä quaù trình nhôø maùy tính

Baûng 1: Caùc öùng duïng moâ phoûng trong caùc ngaønh coâng nghieäp quaù trình

coâng ngheä hoaù hoïc (CNHH)

Coâng nghieäp quaù trình CNHH

Caùc öùng duïng

Daàu vaø khí

Thaêm doø ngoaøi khôi, Xöû lyù beà maët, Vaän chuyeån

baèng ñöôøng oáng, Löu tröõ ngaàm, Xöû lyù khí

Loïc daàu

Hoaù daàu

Daàu hoaû vaø nhieân lieäu

Hoaù chaát coù goác Hydrocarbon, Methanol,

Monomers

Hoaù chaát höõu cô cô baûn Hoaù chaát trung gian, dung moâi, thuoác taåy,

thuoác nhuoäm

Hoaù chaát voâ cô

Fine Chemicals

Coâng ngheä sinh hoïc

Luyeän kim

Ammonia, Sulphuric Acid, Phaân boùn

Döôïc, Myõ phaåm

Saûn phaåm thöïc phaåm vaø sinh hoïc

Theùp, Nhoâm, Ñoàng, v.v…

Polymers

Polyethylene, PVC, Polystyrene, sôïi, v.v…

Boät giaáy

Giaáy & goã

Naêng löôïng

Nhaø maùy ñieän, Khí hoaù than ñaù

Xöû lyù chaát thaûi, An toaøn

Coâng nghieäp haït nhaân

Moâi tröôøng

6

Laøm saïch, Biomass valorisation (sinh khoái)

H. 2: ÖÙng duïng cuûa caùc moâ hình moâ phoûng phaân xöôûng ôû traïng thaùi oån

ñònh vaø khoâng oån ñònh

7

2. Lòch söû phaùt trieån

Moâ phoûng quaù trình baét ñaàu töø 1966, khi Simulation Science, moät coâng ty côõ nhoû ôû

Los Angeles/USA, coù yù töôûng thöông maïi hoaù moät phaàn meàm maùy tính tieâu bieåu

chung ñeå moâ phoûng caùc thaùp chöng caát. Ñaây laø phaàn chính yeáu cuûa moät phaàn meàm

tính toaùn flowsheeting, PROCESS (tieàn thaân cuûa phaàn meàm PRO II, Simulation

Science), phaàn meàm naøy coù theå ñöôïc coi laø thuyû toå cuûa caùc phaàn meàm moâ phoûng

quaù trình.

Ba naêm sau, ChemShare (Houston/USA) cho ra DESIGN (ñöôïc tieáp noái baèng caùc

phaàn meàm DESIGN II vaø WINSIM), moät chöông trình flowsheeting coù naêng löïc ñoái

vôùi caùc öùng duïng daàu & khí. ÔÛ thôøi ñieåm naøy, vieäc môû roäng caùc ngaønh coâng nghieäp

loïc daàu vaø hoaù daàu ñaõ thuùc ñaåy söï xuaát hieän caùc phaàn meàm maøy tính lieân quan.

Cuoäc khuûng hoaûng daàu moû ñaàu tieân vaøo 1973 ñaõ kích thích maïnh meõ moái quan taâm

vaøo vieäc moâ phoûng caùc quaù trình vôùi caùc nguyeân lieäu thay theá, nhö than vaø vaät lieäu

sinh khoái biomass.

Vaøo 1976, Boä Naêng löôïng Hoa Kyø vaø Ñaïi hoïc MIT cuøng nhau khôûi ñoäng döï aùn

ASPEN (ñöôïc tieáp noái baèng phaàn meàm ASPEN PLUS, ASPEN Tech). Söï xuaát hieän

cuûa caùc heä thoáng tính toaùn toác ñoä cao ñaõ ñaåy maïnh coâng cuoäc kinh doanh cuûa caùc

coâng ty nhoû chuyeân bieät veà moâ hình hoaù vaø moâ phoûng. Moät caùch toång quaùt hôn,

coâng taùc tính toaùn khoa hoïc kyõ thuaät ñaõ tieán hoaù töø caùc chöông trình ñôn leû ñeán caùc

8

phaàn meàm côõ lôùn ñöôïc thieát keá nhö laø moät saûn phaåm coâng nghieäp.

2. Lòch söû phaùt trieån

Maùy tính caù nhaân xuaát hieän vaøo naêm 1982. Maëc duø naêng löïc cuûa PC coøn

yeáu ñoái vôùi vieäc tính toaùn flowsheeting, yù töôûng veà moät coâng cuï ‘caù nhaân’

ñaõ ñuû maïnh ñeå kích thích nhöõng ngöôøi coù nhieät tình (phaùt trieån caùc phaàn

meàm ChemCAD, ChemStations vaø phaàn meàm Hysys, Hyprotech). Thöû

thaùch veà vieäc rôøi khoûi moâi tröôøng elitist cuûa maùy tính lôùn ñaõ ñöôïc khôûi

ñoäng.

Vaøo ñaàu thaäp kyû 90, söï thoáng trò cuûa caùc saûn phaåm PC ñaõ taïo neân moät söï

kieän. Söï oån ñònh töông ñoái trong caùc heä ñieàu haønh, ngaøy nay bò chi phoái bôûi

caùc heä UNIX vaø Windows, ñaõ cho pheùp phaùt trieån caùc theá heä phaàn meàm

moâ phoûng môùi.

Giao dieän ngöôøi-maùy baèng ñoà hoaï Graphical User Interface (GUI) trôû thaønh

phaàn chuû yeáu trong vieäc phaùt trieån phaàn meàm.

Naêng löïc cuûa caùc sieâu maùy tính thôøi xöa ñaõ coù trong caùc maùy tính ñeå baøn

(desktops) hieän nay.

9

3. Caùch tieáp caän moät baøi toaùn moâ phoûng

Hình 3: Caùc möùc ñoä veà phöông phaùp luaän

trong moâ phoûng traïng thaùi oån ñònh

10

3. Caùch tieáp caän moät baøi toaùn moâ phoûng

3.1. Ñònh nghóa

Moät Sô ñoà khoái cuûa quaù trình Process Flow Diagram (PFD) thöïc phaûi ñöôïc chuyeån

thaønh moät sô ñoà töông thích vôùi caùc khaû naêng cuûa phaàn meàm vaø töông thích vôùi caùc

muïc tieâu moâ phoûng.

Sô ñoà khoái ñöôïc xaây döïng cho muïc ñích moâ phoûng ñöôïc goïi laø Sô ñoà moâ phoûng

quaù trình Process Simulation Diagram (PSD).

Noùi chung, PSD khaùc vôùi PFD.

❖ Laáy thí duï, moät soá thieát bò ñôn giaûn, thí duï caùc thieát bò lieân quan ñeán vieäc thay

ñoåi aùp suaát hay nhieät ñoä, coù theå ñöôïc goäp laïi trong caùc thieát bò phöùc taïp hôn

(treân quan ñieåm moâ phoûng).

❖ Ngöôïc laïi caùc thieát bò phöùc taïp, nhö caùc thaùp chöng caát hay caùc thieát bò phaûn

öùng hoaù hoïc, coù theå caàn ñöôïc moâ phoûng nhö laø caùc sô ñoà flowsheet nhoû.

Nhö vaäy, vieäc phaân tích sô boä baøi toaùn laø caàn thieát.

Caùc böôùc ñeå ñònh nghóa moät baøi toaùn moâ phoûng goàm:

❖ Chuyeån ñoåi sô ñoà PFD sang sô ñoà PSD. Phaân chia sô ñoà flowsheet thaønh moät

soá caùc sô ñoà con sub-flowsheets, neáu caàn thieát.

❖ Phaân tích moâ hình moâ phoûng ñoái vôùi moãi thieát bò flowsheeting.

❖ Ñònh nghóa caùc caáu töû hoaù hoïc, keå caû caùc caáu töû do ngöôøi söû duïng ñònh nghóa

hay caùc thaønh phaàn phaàn traêm ñoái vôùi daàu moû.

❖ Phaân tích caùc vaán ñeà veà moâ hình hoaù nhieät ñoäng lieân quan ñeán caùc flowsheet

toång theå, caùc sub-flowsheets vaø caùc thieát bò chuû yeáu.

❖ Phaân tích cheá ñoä veà thoâng soá (caùc baäc töï do) cuûa caùc thieát bò phöùc taïp.

11

3. Caùch tieáp caän moät baøi toaùn moâ phoûng

3.2. Nhaäp döõ lieäu: Vieäc nhaäp döõ lieäu cho moät baøi toaùn flowsheeting phuï

thuoäc vaøo coâng ngheä phaàn meàm. Hoaït ñoäng naøy thöôøng ñöôïc hoã trôï bôûi

giao dieän GUI.

Caùc böôùc bao goàm:

❖ Veõ sô ñoà flowsheet.

❖ Choïn caùc caáu töû töø cô sôû döõ lieäu tieâu chuaån hay ngöôøi söû duïng töï ñinh nghóa.

❖ Thieát laäp caùc doøng nhaäp lieäu.

❖ Thieát laäp caùc thieát bò (phaân tích baäc töï do).

❖ Choïn caùc moâ hình nhieät ñoäng. Kieåm tra caùc thoâng soá cuûa moâ hình.

❖ Xaùc ñònh tieán trình tính toaùn.

❖ Khôûi phaùt caùc doøng ngaét rôøi (tear streams) vaø caùc thieát bò phöùc taïp. Chuù yù raèng

caùc thoâng soá chính xaùc khoâng phaûi luoân luoân laø caùc thoâng soá khaû thi.

3.3. Thöïc hieän moâ phoûng: Moâ phoûng ñöôïc coi laø thaønh coâng khi caùc tieâu

chuaån hoäi tuï ñöôïc ñaùp öùng ôû caû hai möùc ñoä flowsheet vaø thieát bò.

Ngöôøi söû duïng neân ñaëc bieät chuù yù ñeán lòch söû hoäi tuï caàn thieát cho vieäc gôõ

roái/hieäu chænh caùc quaù trình ñang vaän haønh (troubles shootings) sau naøy.

Caùc böôùc lieân quan bao goàm :

❖ Kieåm tra caùc thuaät toaùn hoäi tuï vaø caùc thoâng soá, vaø thay ñoåi chuùng neáu caàn.

❖ Kieåm tra caùc loãi hoäi tuï vaø caùc caän cuûa bieán soá.

❖ Theo doõi lòch söû hoäi tuï.

12

3. Caùch tieáp caän moät baøi toaùn moâ phoûng

3.4. Keát quaû moâ phoûng

Moâ phoûng cung caáp moät soá lôùn keát quaû. Caùc keát quaû quan troïng nhaát laø:

❖ Baùo caùo veà caùc doøng (caân baèng vaät chaát vaø caân baèng nhieät), keå caû baùo

caùo veà söï hoäi tuï cuûa flowsheet.

❖ Baùo caùo veà caùc thieát bò, bao goàm baùo caùo veà caân baèng vaät chaát vaø caân

baèng nhieät cuõng nhö baùo caùo veà söï hoäi tuï cuûa thieát bò.

❖ Ñaùnh giaù hieäu suaát cuûa caùc thieát bò.

❖ Caùc baûng vaø bieåu ñoà tính chaát vaät lyù.

Vieäc bieåu dieãn keát quaû baèng ñoà hoaï coù theå coù caùc daïng khaùc nhau. Noùi

chung, caùc phaàn meàm tieân tieán coù caùc coâng cuï phaân tích rieâng cuûa mình,

nhöng söï trao ñoåi döõ lieäu vôùi caùc phaàn meàm baûng tính ña duïng thì thöôøng

coù saün. Caùc keát quaû chi tieát, nhö laø caùc doøng beân trong hay baûng caùc tính

chaát coù theå ñöôïc xuaát cho caùc phaàn meàm thieát keá chuyeân bieät.

13

3. Caùch tieáp caän moät baøi toaùn moâ phoûng

3. 5. Phaân tích

Caùc coâng cuï phaân tích flowsheeting cho pheùp coù ñöôïc nhieàu ñieàu giaù trò

hôn töø caùc keát quaû moâ phoûng.

❖ Thöôøng söû duïng nhaát laø phaân tích ñoä nhaïy. Phaân tích naøy thöôøng laø vieäc

ghi laïi söï bieán thieân cuûa moät soá “caùc bieán soá maãu” nhö laø haøm soá cuûa

“caùc bieán soá ñieàu khieån”. Caùc keát quaû naøy coù theå ñöôïc söû duïng moät

caùch tröïc tieáp, nhö laø caùc xu höôùng, töông quan hay tieàn-toái öu.

❖ Case studies (Nghieân cöùu döïa treân ñoái töôïng vaø hoaøn caûnh cuï theå) coù

theå ñöôïc aùp duïng ñeå khaûo saùt vieäc toå hôïp (kòch baûn) moät vaøi caùc bieán

soá cuûa flowsheet.

❖ Cuoái cuøng, coâng taùc moâ phoûng coù theå ñöôïc laøm tinh teá hôn baèng caùch

toái öu ña bieán soá.

Moät caùch söû duïng tieân tieán hôn ñoái vôùi caùc khaû naêng flowsheeting laø phaân

tích khaû naêng ñieàu khieån cuûa caùc thieát bò rieâng reõ, hay nghieân cöùu moät chieán

löôïc kieåm soaùt/ñieàu khieån toaøn phaân xöôûng.

14

4. Caáu truùc cuûa phaàn meàm tính toaùn sô ñoà

4.1 Chieán löôïc tính toaùn

Caáu truùc/Kieán truùc cuûa moät phaàn meàm flowsheeting ñöôïc xaùc ñònh bôûi chieán löôïc

tính toaùn.

Ba caùch tieáp caän cô baûn ñaõ ñöôïc phaùt trieån trong nhöõng naêm qua laø:

❖ Moâ ñun tuaàn töï Sequential-Modular;

❖ Ñònh höôùng phöông trình Equation-Oriented;

❖ Moâ ñun ñoàng thôøi Simultaneous-Modular.

A. Trong caáu truùc Moâ ñun tuaàn töï (SM) vieäc tính toaùn xaûy ra theo töøng thieát bò tuaân

thuû moät qui trình tính toaùn.

❖ Moät quaù trình coù caùc doøng hoaøn löu phaûi ñöôïc phaân thaønh moät hay moät vaøi qui

trình tính toaùn.

❖ Moãi moät qui trình baét ñaàu taïi moät ñieåm naøo ñoù, ôû ñoù doøng vaøo phaûi ñaõ bieát, hoaëc

laø ñaàu vaøo, hoaëc laø ñöôïc khôûi phaùt nhö laø caùc doøng ngaét rôøi tear streams.

❖ Qui trình tính toaùn cuûa caùc thieát bò lieân quan ñeán moät doøng hoaøn löu xaùc ñònh

moät voøng laëp hoäi tuï. Khi caùc doøng ngaét rôøi hieän dieän, lôøi giaûi cuoái cuøng cuûa traïng

thaùi oån ñònh coù theå nhaän ñöôïc baèng caùc tính toaùn laëp. Caùc doøng ngaét rôøi ñöôïc

bieán ñoåi (taêng toác) sau caùc voøng laëp thaønh coâng baèng caùch aùp duïng moät thuaät

toaùn hoäi tuï phuø hôïp. Vieäc tính toaùn chaám döùt khi caû caùc thieát bò vaø caû caùc doøng

ngaét rôøi thoaû maõn moät soá caùc tieâu chuaån hoäi tuï, thöôøng laø keát thuùc caân baèng vaät

chaát vaø caân baèng nhieät.

Caáu truùc SM laø caáu truùc ñaàu tieân söû duïng trong flowsheeting, nhöng hieän vaãn chi

phoái coâng ngheä moâ phoûng traïng thaùi oån ñònh.

15

4. Caáu truùc cuûa phaàn meàm tính toaùn sô ñoà

Trong caùc öu ñieåm cuûa caáu truùc SM, ta coù theå ñeà caäp:

❖ Phaùt trieån khaû naêng theo moâ ñun.

❖ Deã daøng laäp trình vaø baûo döôõng.

❖ Deã daøng kieåm soaùt söï hoäi tuï, caû ôû möùc ñoä thieát bò cuõng nhö möùc ñoä

flowsheet.

Cuõng coù caùc nhöôïc ñieåm, laáy thí duï:

❖ Caàn coù phaân tích toâpoâ (hình daùng) vaø khôûi phaùt moät caùch heä thoáng caùc

doøng ngaét rôøi.

❖ Khoù khaên khi xöû lyù caùc qui trình tính toaùn phöùc taïp hôn, nhö laø caùc voøng

laëp loàng vaøo nhau hay caùc voøng laëp thoâng soá flowsheet vaø thieát keá ñoàng

thôøi.

❖ Khoù khaên khi xöû lyù caùc thoâng soá lieân quan ñeán caùc bieán soá cuûa moät ñôn

vò beân trong (block).

❖ Höôùng tính toaùn cöùng nhaéc, thöôøng laø “caùc ñaàu ra töø caùc ñaàu vaøo”.

❖ Khoâng phuø hôïp ñoái vôùi vieäc moâ phoûng khoâng oån ñònh cho caùc heä coù

doøng hoaøn löu.

Moät soá chænh söûa ñaõ ñöôïc ñeà xuaát ñeå caûi tieán doøng thoâng tin vaø phoøng

traùnh caùc tính toaùn thöøa. Trong soá ñoù ta coù theå ñeà caäp ñeán söï chuyeån taûi

16

thoâng tin hai chieàu ñöôïc thöïc hieän trong phaàn meàm Hysys^TM.

4. Caáu truùc cuûa phaàn meàm tính toaùn sô ñoà

B. Trong caùch tieáp caän Ñònh höôùng phöông trình Equation-Oriented (EO), taát caû caùc

phöông trình moâ hình hoaù ñöôïc taäp hôïp vaøo moät heä thoáng thöa thôùt côõ lôùn taïo ra:

❖ caùc phöông trình ñaïi soá phi tuyeán (NAE) trong moâ phoûng traïng thaùi oån ñònh; vaø

❖ caùc phöông trình vi phaân ñaïi soá (DAE) cöùng trong moâ phoûng khoâng oån ñònh.

Nhö vaäy, lôøi giaûi nhaän ñöôïc baèng caùch giaûi ñoàng thôøi taát caû caùc phöông trình moâ

hình hoaù.

Trong caùc öu ñieåm cuûa caáu truùc giaûi theo phöông trình, ta coù theå ñeà caäp:

❖ Moâi tröôøng meàm deûo ñoái vôùi caùc thoâng soá, caùc thoâng soá naøy coù theå laø döõ lieäu

ñaàu vaøo, ñaàu ra, hay caùc bieán soá cuûa moät ñôn vò beân trong (block).

❖ Xöû lyù toát hôn ñoái vôùi caùc doøng hoaøn löu, vaø khoâng caàn caùc doøng ngaét rôøi.

❖ Chuù yù raèng caùch tieáp caän moâ hình hoaù theo ñònh höôùng ñoái töôïng thì phuø hôïp toát

vôùi caáu truùc theo ñònh höôùng phöông trình.

Tuy nhieân, cuõng coù moät soá maët haïn cheá chuû yeáu nhö:

❖ Toán nhieàu coâng söùc laäp trình hôn.

❖ Caàn caùc taøi nguyeân tính toaùn ñaùng keå, nhöng vaán ñeà naøy caøng ngaøy caøng nheï

ñi.

17

❖ Khoù khaên trong vieäc xöû lyù caùc heä DAE kích thöôùc lôùn.

❖

Khoù khaên trong vieäc kieåm soaùt söï

hoäi tuï vaø gôõ roái

.

4. Caáu truùc cuûa phaàn meàm tính toaùn sô ñoà

C. Trong caùch tieáp caän Moâ ñun ñoàng thôøi (SiM), chieán löôïc giaûi laø söï keát

hôïp caùc caùch tieáp caän Moâ ñun tuaàn töï vaø Ñònh höôùng phöông trình.

❖ Caùc moâ hình chi tieát ñöôïc söû duïng ôû möùc ñoä thieát bò, möùc naøy ñöôïc giaûi

moät caùch tuaàn töï,

❖ Caùc moâ hình tuyeán tính ñöôïc söû duïng ôû möùc ñoä flowsheet, ñöôïc giaûi

moät caùch toång theå.

❖ Caùc moâ hình tuyeán tính ñöôïc caäp nhaät döïa treân caùc keát quaû thu ñöôïc

vôùi caùc moâ hình chi tieát.

Caáu truùc naøy ñaõ ñöôïc thöû nghieäm trong moät soá saûn phaåm haøn laâm.

❖ Coù theå keát luaän raèng caùch tieáp caän SM giöõ vò trí chi phoái trong moâ

phoûng traïng thaùi oån ñònh.

❖ Caùch tieáp caän EO ñaõ chöùng toû tieàm naêng trong moâ phoûng khoâng oån

ñònh vaø toái öu hoaù thôøi gian thöïc.

Giaûi phaùp cho caùc theá heä töông lai cuûa phaàn meàm flowsheeting döôøng nhö

laø söï hoaø troän cuûa caùc chieán löôïc naøy. Phieân baûn 11.1 cuûa Aspen Plus

18

(2002) laàn ñaàu tieân keát hôïp caùc ñaëc ñieåm cuûa caáu truùc EO trong moâi tröôøng

cuûa moät phaàn meàm moâ phoûng SM.

4. Caáu truùc cuûa phaàn meàm tính toaùn sô ñoà

4.2 Caùch tieáp caän moâ ñun tuaàn töï

Caùch tieáp caän moâ ñun tuaàn töï ñöôïc söû duïng chuû yeáu trong caùc tính toaùn

flowsheeting cho traïng thaùi oån ñònh, trong soá ñoù ta coù theå keå ñeán caùc saûn

phaåm chuû löïc Aspen Plus, ChemCad, Hysys, ProII, Prosim, and Winsim

(xem thoâng tin theâm ôû baûng 2.2). Tuy nhieân coù moät soá phaàn meàm moâ

phoûng khoâng oån ñònh ñöôïc xaây döïng theo caáu truùc naøy, phoå bieán nhaát laø

Hysys.

Thaønh phaàn cô baûn trong moät phaàn meàm moâ phoûng daïng moâ ñun laø moâ

hình thieát bò. Moâ hình moâ phoûng ñöôïc thaønh laäp döïa treân caùc phöông trình

baûo toaøn khoái löôïng, naêng löôïng vaø ñoäng löôïng. Cuoái cuøng, vieäc naøy daãn

ñeán moät heä phöông trình ñaïi soá phi tuyeán laø :

f(u,x,d,p)=0

(1)

YÙ nghóa caùc kyù hieäu:

❖ u, caùc bieán soá keát noái ñöôïc phaân loaïi moät caùch hình thöùc ñoái vôùi caùc

bieán soá ñaàu vaøo vaø ñaàu ra;

❖ x, caùc bieán soá noäi (traïng thaùi), nhö nhieät ñoä, aùp suaát, noàng ñoä;

❖ d, caùc bieán soá ñònh nghóa cho hình daùng, nhö theå tích, beà maët trao ñoåi

nhieät, v.v…;

19

❖ p, caùc bieán soá ñònh nghóa cho caùc tính chaát vaät lyù, nhö enthalpy, caùc heä

soá caân baèng pha, v.v….

4. Caáu truùc cuûa phaàn meàm tính toaùn sô ñoà

H. 4: Boá trí toång quaùt cuûa moâ hình thieát bò

20