Komputerowa Inżynieria Procesowa

1. Komputerowa Inżynieria Procesowa Wykład 2 Komercyjne symulatory flowsheetingowe – krótki przegląd

2. Najpopularniejsze współczesne symulatory • ASPEN • HYSYS • ChemCAD • PRO/II • ProMAX • Design II for Windows

3. Wymagania stawiane symulatorom Są różne w zależności od przewidywanego sposobu ich wykorzystania • Obliczenia inżynierskie i projektowe, kontrola procesu. • Prace naukowo-badawcze

4. Wymagania stawiane symulatorom Cechy wspólne wszystkim narzędziom • Przyjazność dla użytkownika (GUI) • Obszerna Baza Danych Fizykochemicznych z możliwościąuzupełniania przez użytkownika. • Jak najwyższy poziom automatyzacji procesu obliczeniowego (program sam decyduje o kolejnościobliczania bloków, organizuje pętle iteracyjne) • Kontrola poprawności wprowadzania danych • Możliwość prezentacji wyników w formie czytelnych tabel lub wykresów

5. Kolejność przetwarzania informacji w symulatorach • Zdefiniowanie problemu (topologia instalacji oraz wprowadzenie danych) • Weryfikacja poprawności definicji problemu • Wygenerowanie programu liczącego i wykonanie obliczeń • Wygenerowanie raportu

6. Kolejność przetwarzania informacji w symulatorach Topologia instalacji technologicznej to informacja na temat: • rodzajów aparatów i urządzeń tworzących instalację • połączeń pomiędzy nimi • powiązań z „otoczeniem” czyli: • strumieni zasilających (materiałowych i energetycznych), • strumieni produktów (w tym odpadów).

7. Kolejność przetwarzania informacji w symulatorach • Sposoby definiowania problemu • Graficzne określenie topologii instalacji • Tabelaryczne (macierzowe) • W formie programu napisanego w specjalizowanym języku (autokod)

8. Kolejność przetwarzania informacji w symulatorach I.1. Graficzna definicja topologii Zestawianie schematu instalacji wykonane w PRO/II

9. Kolejność przetwarzania informacji w symulatorach I.1. Graficzna definicja topologii Wprowadzanie parametrów aparatu (PRO/II)

10. Zestawianie schematu instalacji wykonane w ChemCADzie seria 5

11. Wprowadzanie parametrów aparatu (ChemCAD v.5)

12. ChemCAD w wersji 6.3.x

13. Kolejność przetwarzania informacji w symulatorach I.2. Tabelaryczna definicja topologii • Schemat koduje się w formie wpisów do tabeli. • każdy wiersz to osobny aparat • kolumny zawierają informacje o nazwie i typie aparatu, jego strumieniach wlotowych (zwykle ze znakiem +) i wylotowych (ze znakiem -)

14. Kolejność przetwarzania informacji w symulatorach I.3. Topologia zapisana za pomocą autokodu • Specjalizowany język programowania. • Kod składa się ze słów kluczowych (np. typ aparatu) i parametrów (m.in. numer aparatu i numery strumieni) • Oprócz topologii zawiera informacje o parametrach aparatów i strumieni, stosowanych Bazach Danych, wytyczne dotyczące organizacji obliczeń, itp. • Niektóre symulatory udostępniają dostęp do autokodu wygenerowanego na podstawie GUI i jego modyfikację

15. Kolejność przetwarzania informacji w symulatorach II. Weryfikacja i dekompozycja problemu • Sprawdzenie rozwiązywalności układu równań (kwadratowy układ równań) • Dekompozycja – wydzielenie niezależnych problemów • W ramach niezależnych problemów wydzielenie obliczeń prostych i objętych pętlami iteracyjnymi; konieczność iteracji wynika z: • Występowania recyrkulacji strumienia masy • Założenia, że pewne parametry wylotowe z aparatów powinny mieć określoną wartość • Brak danych w strumieniach wejściowych

16. Kolejność przetwarzania informacji w symulatorach • Wygenerowanie i uruchomienie programu • Na tym etapie symulator odwołuje się do bibliotek modeli aparatów i właściwości mediów • Odbywa się on zwykle poza kontrolą użytkownika • Niektóre symulatory (ASPEN) mają klarowną kolejność przetwarzania: GUIAutokodFORTRAN  Program wykonywalny Umożliwiają użytkownikowi wgląd i ingerencję w sposób wykonywania obliczeń

17. Porównanie symulatorów • Cechy wspólne: • Graficzny interfejs użytkownika (GUI) • Możliwość uzupełniania i modyfikacji banków danych • Różnice dotyczą "elastyczności", czyli możliwości wpływu użytkownika na sposób prowadzenia symulacji: • Ilość dostępnych modeli aparatów i własności • Możliwości wprowadzania własnych modeli • Możliwość wpływu na przebieg obliczeń

18. ASPEN (advanced system for process engineering) http://www.aspentech.com/ • Bardzo elastyczny • Generuje autokod dostępny dla użytkownika • Generuje program w FORTANie, w który można ingerować • Bogata dokumentacja • Nadaje się do zastosowań badawczych • duża swoboda i dowolność pozostawiona użytkownikowi może stwarzać problemy w zastosowaniach inżynierskich

19. ASPEN One - pakiety Aspen oferuje specjalizowane pakiety do różnych celów: • Process Engineering • Aspen Basic Engineering • Aspen Economic Evaluation • Aspen Exchanger Design & Rating • Aspen HYSYS® • Aspen Plus®

20. ASPEN One -pakiety • Advanced Process Control • Planning & Scheduling • Production Management & Execution • Supply & Distribution

21. ASPEN One – programy pakietu Process Simulation – Chemicals • Aspen Adsorption (Aspen Adsim) • Aspen Batch Distillation (Aspen BatchSep) • Aspen Custom Modeler® • Aspen Distillation Synthesis (Aspen Split™) • Aspen Energy Analyzer(Aspen HX-Net) • Aspen Flare System Analyzer (Aspen FLARENET) • Aspen Plus® - podstawa • Aspen Plus Dynamics®(Aspen Dynamics™)

22. ASPEN One – programy pakietu Process Simulation – Chemicals • Aspen OTS Framework system treningu operatorów • Aspen Polymers (Aspen Polymers Plus) • Aspen Process Engineering Console – program zarządzający narzędziami ASPEN • Aspen Properties® - składnik podstawowy • Aspen Rate-Based Distillation (Aspen RateSep)

23. ASPEN– produkty przeznaczone dla konkretnych gałęzi przemysłu • Engineering & Construction • Exploration & Production • Refining & Marketing • Chemicals • Polymers • Specialty Chemicals • Pharmaceuticals • Consumer Products • Power Industry

24. ChemCAD http://www.chemstations.net/ • Względnie mała elastyczność • Dobry do zastosowań projektowych i inżynierskich • Nie najlepszy do prac naukowych • Skromna dokumentacja

25. PRO/II http://www.simsci.com/ • Dość duża elastyczność • Prostszy w użyciu od ASPENA • Generuje Autokod, który można modyfikować • Nadaje się dość dobrze do prac naukowych jak i inżynierskich • Mała popularność

26. Produkty ARPM Comos FEED Connoisseur DATACON DYNSIM FSIM Plus HEXTRAN INPLANT NETOPT PIPEPHASE PRO/II PROVISION GUI ROMeo TACITE Training Simulators TRISIM Plus VISUAL FLOW Pakiety produktów Process Engineering Upstream Optimization On-line Performance Dynamic Simulation

27. HYSYS http://www.hyprotech.com/ • Niska elastyczność • Ukierunkowany na zastosowania petrochemiczne • Obecnie przejęty przez firmę AspenTech

28. HYSYS – programy w ramach produktów AspenTech • Process Simulation - Oil & Gas • Aspen EO Modeling Option • Aspen Flare System Analyzer (Aspen FLARENET) • Aspen HYSYS® • Aspen HYSYS Amines™ • Aspen HYSYS Crude™ • Aspen HYSYS Dynamics™ • Aspen HYSYS Dynamics Run-Time

29. HYSYS – programy w ramach produktów AspenTech • Aspen HYSYS Pipeline Hydraulics—OLGAS 2-Phase (Aspen HYSYS OLGAS) • Aspen HYSYS Pipeline Hydraulics OLGAS 3-Phase • Aspen HYSYS Pipeline Hydraulics—PIPESYS (Aspen HYSYS PIPESYS) • Aspen HYSYS Upstream™ • Aspen HYSYS Upstream Dynamics • Aspen OTS Framework • Aspen Process Engineering Console

30. Bryan Research & Engineering, Inc. ProMax http://www.bre.com/ • Program dedykowany konkretnym procesom związanym głownie z petrochemią • Amine Sweetening – odsiarczanie (H2S) roztworami amin • Glycol Dehydration – odwodnienie glikoli • Equipment Rating / Sizing – wymiarowanie i sprawdzanie: rur, separatorów, kolumn, wymienników ciepła • Crude Oil Refining – rafinacja ropy naftowej • LPG Recovery – odzysk gazu LPG • Caustic Treating – absorpcja w roztworach NaOH

31. http://www.winsim.com/index.html • Symulacja stanów ustalonych i nieustalonych • Procesy chemiczne i petrochemiczne w tym: • Rafinacja • Chłodzenie (mrożenie) • Przeróbka i oczyszczanie gazu • Rurociągi • Ogniwa paliwowe • Produkcja amoniaku, metanolu, • Przeróbka siarki • Wytwórnie wodoru • Dostępna 2 tygodniowa licencja testowa

32. http://www.winsim.com/index.html • Główne cechy: • Physical Properties • 2 Phase Pipeline Modeling • Expander and Lean Oil Plants • Glycol Units • Amine Units (Single and Mixed) • Gathering & Transmission • Rigorous Refinery Columns • Petrochemical, Hydrocarbon, Refrigeration, Chemical, Ammonia, Methanol, Sulfur and Hydrogen Plants • Heat Exchanger Sizing & Rating • Separator Sizing & Rating • VLE, VLLE and LLE Data Regression • Fuel Cell Systems

33. http://www.winsim.com/index.html

34. Elementy składowe symulatorów • Bazy danych parametrów fizycznych • Baza danych równowagowych (VLE, LLE, LLVE, SLE, elektrolity, dla powszechnie stosowanych metod) • Procedury obliczeniowe dotyczące własności termodynamicznych oraz transportowych (Thermodynamic and Transport Properties (TTP)) • Narzędzia wprowadzanie danych • Moduł generujący rozwiązania - Solver (kalkulator) • Moduł wyjścia – wyniki (w formie Process Flow Diagrams -PFD) • Wymiarowanie aparatów oraz funkcje użytkowe

35. Korzyści płynące z zastosowania symulatorów • Bardzo szybkie uzyskanie własności fizyczne czystych związków i mieszanin • Proste, szybkie i dokładne oszacowanie parametrów operacji jednostkowej • Obliczanie skomplikowanych schematów technologicznych • Znalezienie optymalnego rozwiązania spośród wielu alternatyw • Poprawa działania istniejących instalacji