Vad ska göras i denna delen?

1. Vad ska göras i denna delen? • Allmän genomgång om flowsheeting och Aspen • Självstudier: ”Gettingstarted”-manualer • Övningar under flowsheeting-delen: • J5 och J6 (Fysikaliska egenskaper) • BU 2a (Jämviktsberäkningar)* • Destillationsövning • BU 2b (Industriellt processchema)* • Simulering av reaktor och destillation • Extra uppgifter för den som vill och hinner • *Inlämning av rapport

2. Flowsheeting Vad är ”Flowsheeting”? Användande av datorer för att modellera olika kemitekniska processer Använder fysikaliska modeller och data för: Steady-state material- och värmebalanser Jämviktssamband Hastighetssamband (vid reaktion och masstransport)) Ger som resultat Flödesdata, sammansättningar och egenskaper av procesströmmar Hur ska man köra en process? (Optimering, integration etc) Kostnadsuppskattningar för en kemiteknisk process Kapital- och driftskostnader

3. Olika program • Aspen Plus • Vätska, gas, fast fas • Databank > 1500 komponenter (inkl. elektrolyter) • Chemcad • Något mindre program • Flitigt använt i svensk industri • Hysys • Hög grad av interaktivitet • Beräkning sker direkt vid förändring av parameter (om så önskas) • Excel oerhört vanligt för mass- och energibalanser • MatLab, Simulink, Dymolaetc?

4. Varför inte använda MatLab eller liknande program? Skriva egna program? Flowsheeting Modultänkande Återanvändning Flexibilitet Grafiskt gränssnitt Många användare runt om i världen medför beprövat koncept Fysikaliska data! • Frihet • Exakt kunskap om hur programmet utför beräkningarna • Tidsaspekten? • Framtidssäkert?

5. Processimulering/Processdesign • Användningsområdena varierar: • Design av ny anläggning med storleks- och kostnadsuppskattning av utrustning • Utvärdering av befintlig anläggning • Förändringar/optimering av befintlig anläggning • Flaskhalsar i produktionen • Lab-Bänkskala-Demo: • Planering av försök och utvärdering

6. Modellens detaljnivå • Projektdesignmodell (ny/ombyggnad av process) • Generera MB och EB för design av utrustning • Oftast för fastställda flöden för att nå en viss produktkapacitet • Rigorösa modeller för enhetsoperationer (destillation etc.), om möjligt • Modellering av befintlig del i produktionen • Mindre processdel (enskild eller få enhetsoperationer) • Rigorösa modeller för nyckeloperationer som ska studeras • Enklare för ”nybörjare” att skapa och underhålla (behöver inte vara simuleringsexpert för att köra) • On-line optimeringsmodell • Syfte att optimera process • Medför stor modell (hela processen ska simuleras) • Enheter med stor ekonomisk inverkan simuleras med rigorösa modeller, andra med förenklade)

7. AspenUniversity Package

8. Aspen Plus • För steady-state simulering och processdesign • Grafiskt gränssnitt • Drag-and-drop • Modulbaserat

9. Aspen Properties • För tabellering och plottning av olika data • VLE, termiska data, transport-egenskaper… • Anpassa egna data till fysikaliska modeller

10. Aspen Dynamics Aspen Plus Dynamics is AspenTech's easy-to-use dynamic modeling tool for plant operations and process design. It enables users to study and understand the dynamics of real plant operations, thereby achieving increased operability, safety and productivity. Aspen Plus Dynamics is closely integrated with other AspenTech products. With Aspen Plus Dynamics you can transform an Aspen Plus steady-state simulation into a rigorous dynamic simulation within a few minutes. You can also use Aspen Custom Modeler to customize the Aspen Plus Dynamics models.

11. Aspen CustomModeler Engineers use Aspen Custom Modeler (ACM) to quickly create rigorous models of processing equipment and to apply these equipment models to simulate and optimize continuous, batch, and semi-batch processes.

12. Aspen CustomModeler Programmeringsliknande angrepp av problem för dynamiska eller statiska processer

13. Aspen Process EconomicAnalyzer • APEA för kostnads-uppskattning och dimen-sionering av utrustning • Importerar data från A+ • Från reaktorer till enskilda skruvar och målarfärg • Bygger på kostnadsupp-skattningar

14. Principuppbyggnad av flowsheetingprogram Indata Reaktor ----------- Destill ----------- VVX ----------- Mixer ----------- Etc ----------- Användarmoduler Enhetsoperationer Entalpi ---------- Densitet ---------- Ångtryck ----------- VLE ----------- Etc Fysikaliska och termo- dynamiska data Styrprogram Utdata Användarrutiner

15. Beräkningsstrategier • Sekventiell, modulbaserad strategi • Varje modul beräknas separat • Beräkningsordningen bestäms av programmet eller användaren • Samtidig lösning av ekvationssystem • Alla ekvationer som gäller för anläggningen ställs upp och löses samtidigt • Mest för dynamiska simuleringar • Samtidig, modulbaserad strategi • Ekvationerna för en modul löses samtidigt • De olika modulerna löses sekventiellt • Den vanligaste metoden idag

16. Tillvägagångssätt vid simulering • Problemformulering • Utgå från tänkt processchema • Förenklingar? • Val av modeller • Vad är vi intresserade av? • MB & EB, apparatspecifika ekvationer • Rigorös modellering eller enklare modeller? • Beräkning • Rakt igenom eller recirkulering? • Tolkning och utvärdering av resultat

17. Enkelt problem • Vad är sammansättningen i produktströmmen? • Nödvändigt att lösa MB och EB för varje operation • ”SequentialModular”- metod (SM)

18. Recirkulerande strömmarHur hanteras dessa? Hur fungerar recirkulering av strömmar? Vad är sammansättningen i systemet? Gissat Beräknat • Måste ge startvärden (gissningar) för att kunna lösa problemet • Konvergensmetoder löser med önskad noggrannhet (e)

19. Vad behöver man normalt ge som indata? • Komponenter • Alla komponenter måste anges • Modell för fysikaliska databeräkningar • Idealt, polärt, elektrolyt, fast ämne etc.? • Flödesschemat • Lämpliga enheter som tillräckligt väl beskriver processen • Hur långt kan man förenkla? • Specificera inströmmar och de ”burkar” som ska simuleras • Normalt anges data för inströmmar • P, T, sammansättning, flöden… • Egenskaper för den enskilda enhetsoperationen • P, T, k-värde, antal bottnar, etc. • Aspen är normalt bra på att gissa startvärden • Ibland kan man behöva ge värden för interna strömmar

20. Typer av ämnen i Aspen • Conventional compounds • Väldefinierade ämnen • Molvikt, ångtryck, densiteter etc. • Vätskor, gaser • CI-solids (Conventional Inert) • Väldefinierade, fasta ämnen • Känd molvikt, deltar ej i VLE, kan delta i andra jämvikter • Socker, metaller etc. • NC-Comps (Non-conventionalcompounds) • Ej definierad molvikt, sammansatta av olika delar • Trä, kol etc. • Räkna på mass-basis (sätt molvikt 1kg/kmol)

21. Tolkning av resultat • Orimliga värden? • Konvergensvillkor uppfyllda? • Stämmer materialbalanserna? • Ligger resultaten inom gränserna för gjorda approximationer? • Vanliga felkällor: • Fysikaliska data osäkra (spec. fasjämvikter) • Approximationer i modellen (ej tillräckligt beskrivande) • Instabila numeriska metoder (avrundningsfel) • För ”snällt” konvergensvillkor • Fel i programmet (vanligare vid egna program)!

22. Aspen user interface -Snabbgenomgång • För att köra Aspen Plus: • Välj Aspen plus V 8.2

23. Setup • Välj vettiga enheter! • Kontrollera vad som skrivs ut (Report Options) • Bra att ha med ”Mass” för flöden och liknande

24. Components • Specificera vilka ämnen som finns med • Kan få hjälp med ”Find”-knappen • ”Component ID”: • Godtyckligt namn • ”Component name” eller ”Formula” • Ethanol • C2H6O-2

25. Properties • Måste välja hur fysikaliska data ska beräknas • Finns hjälp för att välja metoder • Läs hjälptext!

26. Flowsheet(Blocks) • Koppla genom ”drag and drop” • Lämpliga portar markeras med text • Anges om de måste kopplas (Required) eller är valfria (Optional)

27. Design-Specifications • Definiera lämpliga variabler • Specificera mål • Ange lämpliga parametrar som ska varieras • Vilken tolerans kan man acceptera?

28. Sensitivity • Används för att se hur känslig en process är för förändringar • OBS! Kan ge långa simuleringstider!

29. Optimization • Möjlighet att optimera en process eller enhetsoperation • Ange önskad objektfunktion • Skrivs i Fortran • Variera lämplig parameter, t.ex. återflödet • Exempel: Optimera en destillationskolonn med avseende på ett antal variabler • Antal steg (N) • Installationskostnad (I$) • Förväntad livslängd (L) • Årligt underhåll (M$) • Årlig återkokarenergi (R) • Årlig kondensorenergi (C) • Uppvärmningskostnad (H$) • Kylkostnad (CK$) • Arbetskraft (O$) • F=N*I$+M$*L+R*H$*L+CK*C$*L+O$*L

30. Lämpliga självstudier • Gettingstarted Aspen Plus • Kap. 1 Aspen Plus basics (30 min) • Kap. 7 Analyzingproperties (20 min) (Före BU2 a) • Kap. 2 Building and running a process simulation model (50 min) • Kap. 4 Meeting process design specifications (20 min) • Performing a sensitivityanalysis (20 min) • Kap. 6 Estimating physicalproperties for a non-databank component (30 min) • Kap. 5 Creating a process flow diagram (20 min) • Aspen Plus Solids • Kap. 2 ModelingCoalcombustion (45 min)