Учебный курс по Aspen Plus

Задание 2. Постройте модель процесса удаления твёрдых частиц из газа с использованием различных типовых блоков.

Процесс перебработки газов, содержащих небольшое количество твёрдых частиц затрудняется из-за склонности этих частиц к взаимодействию практически со всеми элементами установки (например, возможны засоры, эрозия поверхности аппаратов). Таким образом, необходимо удалить большинство частиц из потока газа. Для этой цели используются различные аппараты (циклоны, мешочные фильтры, скрубберы Вентури, электрофильтры), а эффективность их работы зависит от конструкции и рабочих условий. Окончательный выбор оборудования осуществляется после сравнения производительности, эффективности и стоимости аппаратов.

81

Сохраните под именем SOLIDWK.BKP

∙Угольная зола (Coal ash) относится к нестандартным твёрдым веществам. Задайте этот компонент на форме Components>Specification>Nonconvertional

∙Используйте пакет свойств IDEAL

∙На форме Properties>Advanced>NC-Props используйте модели HCOALGEN и DCOALIGT

с атрибутами ULTANAL, PROXANAL, SULFANAL для расчёта энтальпии и плотности угольной золы

82

∙Атрибуты компонентов указываются на форме Stream>Input. Для золы ASH PROXANAL и ASH ULTANAL равно 100, приравняйте все атрибуты, не имеющие к ней отношения, к нулю

∙Распределение по размерам частиц указывается на форме Setup>Substreams>PSD

83

4Утилиты

4.1Использование переменных

Вэтом разделе Вы получите понятие о переменных схемы технологического процесса.

Например, Вы хотите узнать, как флегмовое число колонны влияет на чистоту (мольную долю) С3 в дистилляте. Для того, чтобы выполнить этот анализ, нужно обратиться к двум переменным схемы технологического процесса:

BTMS

Работа с переменными

∙Переменная является ссылкой на определённую величину на схеме технологического процесса, например, температуру потока или производительность блока

∙Переменные могут быть как входными параметрами, так и результатами расчёта.

∙Выходные переменные схемы технологического процесса (расчётные величины) не могут быть перезаписаны или изменены

∙Понятие доступа к переменным используется в расчётных исследованиях, подборе параметров калькулятора, оптимизации и т.п.

Определение переменных в различных утилитах

∙Укажите переменные в диалоговом окне Variable Definition на закладке Define (появляется внутри форм ввода для различных утилит)

∙Выберите категорию переменной, и Aspen Plus покажет другие поля, необходимые для завершения определения этой переменной

84

Пример определения переменных

Напишите определения переменных, относящихся к блоку COOL и связанным с ним потокам:

COOL

REAC-OUT COOL-OUT

T = 54° С

Pdrop = 0.69 kPa

Переменная Описание

Входящий поток

T на выходе

P блока

Производительность

блока

Xкумола на выходе

Входящий поток

Примечания

1. Если используются переменные Mass-Frac, Mole-Frac или StdVol-Frac компонента потока, они не могут быть изменены. Для того чтобы изменить состав потока, используйте и изменяйте переменные Mass-Flow, Mole-Flow или StdVol-Flow интересующего компонента

4. Напрямую могут быть изменены только входные потоки схемы технологического процесса

4.2 Расчётные исследования

Расчётные исследования используют для изучения отношений между переменными процесса.

Расчётные исследования:

∙Позволяют пользователю изучить действие изменений входных переменных на выходные значения процесса

∙Количественные изменения, производимые в схеме технологического процесса утилитой расчётных исследований (Sensitivity), не влияют на моделирование. Расчётные исследования работают независимо от расчёта модели.

∙Утилита расположена по адресу /Data/Model Analysis Tools/Sensitivity

∙Результаты можно просмотреть в форме Results в папке утилиты расчётного исследования

∙Результаты отображаются в виде графика, что облегчает визуальное распознавание зависимостей между различными переменными

Использование расчётных исследований

∙Изучение действия изменений входных переменных на выходы процесса (модели)

85

∙Графическое представление действия входных переменных

∙Проверка выполнимости решения в заданных технических условиях

∙Оптимизация в ручном режиме

∙Изучение переменных, изменяющихся во времени, с использованием квазистационарного подхода

Пример расчётного исследования

RECYCLE

PRODUCT

Определение действия выходной температуры блока COOL на чистоту потока продукта:

∙Мы изменяем (оказываем воздействие) на выходную температуру COOL

∙Измеряем чистоту (мольную долю) кумола в потоке PRODUCT

Пошаговая инструкция по использованию расчётного исследования

1. Укажите измеряемую переменную (переменные)

Это количественные показатели, рассчитываемые во время моделирования и используемые на шаге 4 (закладка Define)

2.Укажите переменную (переменные), на которые оказывается воздействие

Сюда входят параметры схемы технологического процесса, которые могут изменяться (закладка Vary)

3.Укажите диапазон (диапазоны) изменяемой переменной (переменных)

Можно указать изменение переменной с определённым интервалом или определить список значений переменной (закладка Vary sheet)

4.Укажите величины, которые необходимо рассчитать и свести в таблицу (используйте переменные, заданные на закладке Define)

В таблице можно использовать выражения на языке Фортран, содержащие переменные, определённые на шаге 1 (закладка Tabulate)

Построение графиков

1. Выберите графу, содержащую переменную оси абсцисс, и выберите пункт X-Axis Variable

в меню Plot

2.Выберите графу, содержащую ось ординат, и выберите пункт Y-Axis Variable в меню Plot

3.(Необязательно) Выберите графу, содержащую параметрическую переменную, и

выберите пункт Parametric Variable в меню Plot

4.Выберите пункт Display Plot в меню Plot

Примечание: Для того чтобы выбрать графу, необходимо нажать левой кнопкой мыши на её заголовок

86

Результаты расчётных исследований

Примечания

1. Изменять можно только величины, введённые пользователем

2. Можно изменять несколько величин

3. Моделирование работает в любом сочетании изменяемых переменных

4.3Задание для самостоятельного моделирования по расчётным исследованиям

Задание: с помощью расчётного исследования изучить влияние расхода потока рециркуляции на производительность реактора

∙Часть A: Начните со схемы технологического процесса производства циклогексана (CYCLOHEX.BKP, глава 2.8), постройте график изменения нагрузки реактора (REACT) при изменении отделяемой как продукт части потока рециркуляции (LFLOW) от 0,1 до 0,4

∙Часть B: В дополнение к отделяемой части потока рециркуляции (часть A), измените степень превращения бензола в реакторе от 0,9 до 1,0. Составьте таблицу производительности реактора и постройте параметрический график, показывающий

87

зависимость производительность реактора от отделяемой части рециркуляции и степени превращения бензола

∙Сохраните файл как SENS.BKP

∙Примечание: Оба исследования (части A и B) должны быть реализованы в одном и том же блоке расчётных исследований.

Sensitivity S-1 Results Summary

4.4 Подбор параметров

Подбор параметров:

∙Схема работы похожа на работу регулятора с обратной связью

∙Позволяет пользователю добиться определённого значения расчётных параметров схемы технологического процесса. Эта цель достигается путём подбора значений некоторых входных параметров

∙Расположен по адресу /Data/Flowsheeting Options/Design Specs

∙Подбор параметров изменяет условия процесса

Пример подбора параметров

RECYCLE

PRODUCT

Необходимо определить температуру на выходе из блока COOL, при которой мольная доля кумола в выходном потоке составляет 98%

Какая величина подбирается (варьируемая переменная)?

Какая целевая переменная?

Каково целевое значение подбора?

88

Пошаговая инструкция по использованию утилиты подбора параметров

3. Укажите допустимое отклонение целевой функции (закладка Spec) – допустимая ошибка для целевой функции;

4. Укажите независимые переменные, которые будут варьироваться в процессе подбора (закладка Vary) – можно выбирать только параметры схемы технологического процесса, оказывающие влияние на целевую функцию.

5. Укажите диапазон изменения независимой переменной (закладка Vary) - указываются верхний и нижний пределы, в которых Aspen Plus будет изменять эту переменную

По умолчанию при задании целевой функции (шаг 2) и варьируемой переменной используются единицы измерения, указанные в системе измерений (Units Set), выбранной в утилите подбора. Вы можете изменить единицы измерений, используя выпадающий список на панели инструментов обозревателя данных. Однако если вы так сделаете, вы измените единицы измерения на всех формах утилиты. Например, если вы измените единицы измерения на MetCBar на закладке Specs, на закладке Vary они будут этой же системе.

Примечания

1. Изменять можно только величины, вводимые пользователем.

2. Расчёты, выполняемые утилитой подбора, носят итеративный характер. Ввод хорошей оценки изменяемой переменной поможет обеспечить схождение утилиты подбора за меньшее число итераций. Это особенно важно для крупных схем технологических процессов с несколькими взаимосвязанными утилитами подбора.

3. Результаты схождения утилиты подбора можно найти в меню Results Summary/Convergence или Convergence/Convergence, выбрав форму Results в

соответствующем вычислительном блоке. Также окончательные значения изменяемых и (или) целевых величин можно просмотреть напрямую в формах результатов соответствующих блоков и потоков

Если утилита подбора не сходится:

1. Убедитесь, что изменяемая (независимая) переменная не вышла за верхний или нижний допустимый предел

2. Убедитесь, что в указанных границах изменяемых (независимых) переменных существует решение.

3. Убедитесь, что изменяемые (независимые) переменные на самом деле влияют на целевые.

6. Убедитесь, что у целевой функции нет плоских участков в пределах изменения переменной (воспользуйтесь утилитой расчётного исследования).

7. Измените характеристики блока схождения, связанного с утилитой подбора (величина шага, число итераций, алгоритм и т.п.)

89

4.5Задание для самостоятельного моделирования по утилите подбора

Задание 1: используйте утилиту подбора в схеме технологического процесса производства циклогексана (см. глава 2.4) для ограничения тепловой нагрузки реактора путём подбора потока рециркуляции.

Схема технологического процесса производства циклогексана (CYCLOHEX.BKP) является моделью реальной установки. Максимальная рабочая нагрузка, которую может выдержать охлаждающая система реактора, составляет 4,7 GKAL/HR. Определите объём рециркуляции циклогексана, необходимый для ограничения тепловой нагрузки реактора:

____________________ кмоль/час

Примечание: В Aspen Plus реализовано следующее правило: тепло, подаваемое на блок, положительное, а тепло, отбираемое у блока, - отрицательно.

Задание 2: добейтесь выхода циклогексана в потоке PRODUCT равного 0.999 путём варьирования расхода кубового продукта от 97 до 101 кмоль/час. (Варьируйте переменную

MOLE-B для блока COLUMN)

4.6Калькулятор

Вэтом разделе Вы ознакомиться с использованием утилиты калькулятора для выполнения расчётов на языке Фортран и в электронных таблицах Microsoft Excel.

Утилита калькулятора:

∙Даёт пользователю возможность использования электронных таблиц Microsoft Excel или встроенного языка Фортран в модели Aspen Plus

∙Расположена по адресу /Data/Flowsheeting Options/Calculator

∙Результаты можно просмотреть на форме Results в папке для блока Calculator

∙Кроме того, поскольку утилита калькулятора изменяет параметры модели, результаты моделирования будут отражать результаты расчёта в утилите калькулятора.

Использование утилиты калькулятора

∙Регулирование с обратной связью (установка входа в схему процесса на основе расчётных значений)

∙Вычисление какой-либо функции от значений переменных схемы технологического процесса, например, при расчёте прибыли

∙Вызов внешних подпрограмм

∙Передача переменных между объектами схемы технологического процесса и (или) внешними файлами

∙Вывод данных во внешние файлы, на панель управления и т.д.

∙Создание форм вывода результатов в зависимости от значений входных и выходных параметров

90