Bài giảng Thiết kế mô phỏng

Giới thiệu tổng quan

Mục đích, vai trò của thiết kế mô phỏng:

- Thiết kế mô phỏng là quá trì nh thiết kế với sự

trợ giúp của má y tí nh với cá c phần mềm chuyên

nghiệp.

- Mô phỏng là một cô ng cụ cho phé p kĩ sư tiến

hành cô ng việc mô t cá ch hiệu quả hơn khi thiết

kế một quá trì nh mới hoặc phâ n tí ch, nghiên

cứu cá c yếu tố ảnh hưởng đến một quá trì nh

đang hoạt động trong thực tế.

➢Thiết kế mô phỏng thường được sử dụng

để:

▪ Thiết kế (Designing) một quá trì nh mới.

▪ Thử lại, kiểm tra lại (Retrofiting) cá c quá

trì nh đang tồn tại.

▪ Hiệu chỉnh (Troubleshooting) cá c quá trì nh

đang vận hành.

▪ Tối ưu hó a(Optimizing) cá c quá trì nh vận

hành.

Trình bày lý thuyết, ứng dụng và ví dụ cụ thể đối với các đơn vị quá trình

thông qua chương trình mô phỏng Pro/II:

1. Flash, Distillation, Shortcut, Side Column

2. Compressor, expander, Valve, Pipe, Membrane Separator

3. Simple HX, Rigorous HX, LNG HX, Air Cooled HX.

4. Plug Flow Reactor, CST Reactor, Conversion reactor

5. Solid Separator, Mixer, Spliter, Gas/Solid Cyclone

6. Dissolver, Crystallizer

7. Batch Distillation, Batch Frac

8. Caculator, Optimizer, Stream Caculator

9. Controller, MultiVariable Controller

Yêu cầu:

- Viết báo cáo theo nhóm

- Mỗi tuần, các thành viên của nhóm sẽ báo cáo kết quả đã làm trong tuần

- Báo cáo cuối cùng gồm một bản in (trên giấy) và file (kèm theo file

project của Pro/ii)

- Điểm tổng kết của các bài báo cáo được tính là điểm thực hành và

chiếm 20% số điểm của môn học.

Sơ Đồ Quy Trì nh Dùng Pro/II

Pro/II

❖ Pro/II là phần mềm của cô ng ty SIMSCI, dẫn đầu trong

lĩnh vực mô phỏng cô ng nghệ từ năm 1967.

❖ Phiên bản của PRO/II là version 7.0;8.0;9.0.

❖ Phần mềm PRO/II là phần mềm mô phỏng trợ giúp cá c kỹ

sư cô ng nghệ hoá học, dầu khí , Polimer…

❖ PRO/II kết hợp những tài nguyên dữ liệu của thư viện

thành phần hó a học rộng lớn và phương phá p dự đoán

thuộc tí nh nhiệt động tiên tiến nhất.

❖ PRO/II là cô ng cụ tí nh toá n dễ dàng cá c câ n bằng vật chất

và năng lượng, nhằm mô phỏng quy trì nh ở trạng thá i ổn

định; theo dõ i, tối ưu hó a, cải thiện năng suất…

SƠ ĐỒ MỘT QUY TRÌNH DÙNG PHẦN MỀM PRO/II

Ý NGHĨA CỦA CÁ C LOẠI MÀU KHÓ A TRÊN MÀN HÌ NH:

Để báo hiệu tình trạng mô phỏng hiện hành,

Pro/II sử dụng bộ màu khóa, mỗi màu sẽ tương

ứng với mỗi trạng thái mô phỏng. Người dùng

có thể tuỳ biến các màu khóa bằng cách vào

cửa sổ Set Colors bằng cách chọn

Option/Colors… từ thanh menu

CÁ C BƯỚC THỰC HIỆN

❖Bước 1: tạo sơ đồ thiết bị ( dò ng vào và ra,

thiết bị…)

❖Bước 2 : xá c định cá c cấu tử tham gia.

❖Bước 3 : xá c định phương phá p nhiệt động.

❖Bước 4 : thiết lập dữ liệu đối với cá c dò ng.

❖Bước 5 : thiết lập dữ liệu đối với thiết bị.

❖Bước 6 : chạy mô phỏng và kiểm tra kết

quả.

1. Vẽ sơ đồ qui trình sản xuất

Lựa chọn những hoạt động đơn vị thích hợp từ PRO/II từ những biểu tượng thích hợp.

Di chuyển con trỏ vào nút biểu tượng, kích con chuột và thả đơn vị trong phạm vi hoạt

động bằng cách kích lần nữa.

Để xác định dòng, chỉ cần kích nút STREAM rồi hãy chỉ và kích con chuột cho đầu vào

và ra mỗi đơn vị công nghệ

2. Định rõ những thành phần

Kích nút biểu tượng những thành phần

để vào một danh sách tất

cả các thành phần trong quá trình. Chọn từ hơn 1,700 thành phần được

xây dựng trong cơ sở dữ liệu của SIMSCI bằng cách đánh vào tên

thành phần hoặc lựa chọn nó từ một danh sách được xác định trước đó

3. Xác định phương pháp nhiệt động

Kích nút sơ đồ pha để chọn những phương thức nhiệt động từ danh

sách những phương thức thường sử dụng, khái quát hóa, phương trình

trạng thái, phương thức chất lỏng hoạt động và những gói dữ liệu đặc

biệt

3. Xác định phương pháp nhiệt động

• Để lựa chọn một mô hình nhiệt động, nên dựa vào

các yếu tố sau:

• Bản chất của các đặc trưng của hệ như: hằng số cân

bằng lỏng hơi của các quá trình chưng cất, bốc hơi,

cô đặc, quá trình trích ly,…

• Thành phần của hỗn hợp

• Phạm vi nhiệt độ và áp suất

• Tính sẵn có của các thông số hoạt động của thiết bị

4. Thiết lập dữ liệu đối với các dòng

Nhấn đúp vào mỗi dòng nhập liệu ngoài để cung cấp dữ liệu dòng

(lưu luợng chảy, thành phần, nhiệt độ và áp suất).

5. Thiết lập dữ liệu đối với thiết bị

Nhấn đúp vào mỗi biểu tượng đơn vị hoạt động trong sơ đồ qui trình sản xuất

và cung cấp dữ liệu (những vùng dữ liệu được phác thảo màu đỏ). Khi nhập dữ

liệu quá trình, vùng dữ liệu thay đổi màu từ đỏ đến xanh.

5. Thiết lập dữ liệu đối với thiết bị

•Khi nhập dữ liệu cần chú ý đến tính hợp lý các thông số công nghệ thực tế, do thiết bị

có thể bị hư hỏng và cho kết quả sai mà không biết.Chương trình muốn hội tụ các thông

số phải tương ứng và hài hoà với nhau.Một thông số không hợp lý làm quá trình tính

toán không hội tụ làm không biết nguyên nhân.

•Quá trình nhập dữ liệu chỉ cần nhập một phần các giá trị cần thiết, các thông số còn lại

được tính toán khi chạy chương trình.

•Thông số được chia ra làm 3 loại:

•Thông số không đổi: là thông số giữ cố định trong suốt quá trình tính toán như áp suất,

nhiệt độ, lưu lượng dòng trích ngang…

•Thông số ước lượng : là thông số phải khai báo hoặc không cần khai báo tuỳ ý. Đối với

thông số này, bộ tính toán xem như là giá trị đầu của thuật toán lặp, kết quả tính toán có

thể khác so với giá trị ước lượng ban đầu. Tuy nhiên kết quả ước lượng phải gần kề

với giá trị kết quả thì chương trình mới hội tụ.

•Thông số không cung cấp: là thông số không cần nhập, được phần mềm qui định.

•Khi nhập xong dữ liệu vào, ô thông số chuyển sang màu xanh. Nếu dữ kiện vẫn còn

thiếu thì ô có màu đỏ và cần bổ sung cho khi nào chuyển sang màu xanh thì mới được

chạy chương trình.

6. Chạy mô phỏng và kiểm tra kết quả

Sau khi chạy xong quá trình mô phỏng, bạn có thể xem lại những kết

quả và xếp thành bảng sử dụng báo cáo để in mặc định hoặc trực tiếp

trong Excel.

Ví dụ:

Sản xuất ethanol từ tinh bột được thực hiện qua các bước như sau:

Bước 1: Tinh bột + H₂O→ Glucose , hiệu suất 89%

(C₆H₁₀O₅)_n+ nH₂O → nC₆H₁₂O₆

n= 200-1000, chọn n=800

Bước 2: Glucose → Ethanol + CO₂, hiệu suất 68.7%

C₆H₁₂O₆→ 2C₂H₅OH + 2CO₂

Bước 3: Gia nhiệt dòng sản phẩm từ phản ứng trên lên 80^oC

Bước 4: Thực hiện chưng cất tách ethanol, thu được ethanol ở

đỉnh có độ tinh khiết 77%

GLUCOSE

nC₆H₁₂O₆

WATER

nH₂O

STARCH

(C₆H₁₀O₅)_n

Glucose

Ethanol

CO₂