Komputerowa Inżynieria Procesowa

Prezentacja na temat: "Komputerowa Inżynieria Procesowa"— Zapis prezentacji:

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 możliwością uzupełniania przez użytkownika. Jak najwyższy poziom automatyzacji procesu obliczeniowego (program sam decyduje o kolejności obliczania 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
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
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
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
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)
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® Projektowanie, zaopatrzenie, konstruowanie

20 ASPEN One -pakiety Advanced Process Control Planning & Scheduling
Production Management & Execution Supply & Distribution Projektowanie, zaopatrzenie, konstruowanie

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™) Projektowanie, zaopatrzenie, konstruowanie

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) Projektowanie, zaopatrzenie, konstruowanie

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

24 ChemCAD Względnie mała elastyczność
Względnie mała elastyczność Dobry do zastosowań projektowych i inżynierskich Nie najlepszy do prac naukowych Skromna dokumentacja

25 PRO/II Dość duża elastyczność Prostszy w użyciu od ASPENA
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 Pakiety produktów Process Engineering Upstream Optimization
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 Datacon – przetwarza dane z instalacji na informacje o znaczeniu ekonomicznym Hextran – projektowanie i symulacja wymienników ciepła Inplant – orurowanie instalacji Visual Flow – systemy bezp. I transportu w instalacji

27 HYSYS Niska elastyczność Ukierunkowany na zastosowania petrochemiczne
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 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 Symulacja stanów ustalonych i nieustalonych
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 Główne cechy: http://www.winsim.com/index.html 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

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