Komputerowa Inzynieria Procesowa

1
Komputerowa Inzynieria Procesowa

• Wyklad 2
• Komercyjne symulatory flowsheetingowe krótki
  przeglad

2
Najpopularniejsze wspólczesne symulatory

• ASPEN
• HYSYS
• ChemCAD
• PRO/II
• ProMAX
• Design II for Windows

3
Wymagania stawiane symulatorom

• Sa rózne w zaleznosci od przewidywanego sposobu
  ich wykorzystania
• Obliczenia inzynierskie i projektowe, kontrola
  procesu.
• Prace naukowo-badawcze

4
Wymagania stawiane symulatorom
Cechy wspólne wszystkim narzedziom

1. Przyjaznosc dla uzytkownika (GUI)
2. Obszerna Baza Danych Fizykochemicznych z
   mozliwosciauzupelniania przez uzytkownika.
3. Jak najwyzszy poziom automatyzacji procesu
   obliczeniowego (program sam decyduje o
   kolejnosciobliczania bloków, organizuje petle
   iteracyjne)
4. Kontrola poprawnosci wprowadzania danych
5. Mozliwosc prezentacji wyników w formie czytelnych
   tabel lub wykresów

5
Kolejnosc przetwarzania informacji w symulatorach

1. Zdefiniowanie problemu (topologia instalacji oraz
   wprowadzenie danych)
2. Weryfikacja poprawnosci definicji problemu
3. Wygenerowanie programu liczacego i wykonanie
   obliczen
4. Wygenerowanie raportu

6
Kolejnosc przetwarzania informacji w symulatorach

• Topologia instalacji technologicznej to
  informacja na temat
• rodzajów aparatów i urzadzen tworzacych
  instalacje
• polaczen pomiedzy nimi
• powiazan z otoczeniem czyli
• strumieni zasilajacych (materialowych i
  energetycznych),
• strumieni produktów (w tym odpadów).

7
Kolejnosc przetwarzania informacji w symulatorach

• Sposoby definiowania problemu
• Graficzne okreslenie topologii instalacji
• Tabelaryczne (macierzowe)
• W formie programu napisanego w specjalizowanym
  jezyku (autokod)

8
Kolejnosc przetwarzania informacji w symulatorach
I.1. Graficzna definicja topologii
Zestawianie schematu instalacji wykonane w PRO/II
9
Kolejnosc 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
Kolejnosc przetwarzania informacji w symulatorach
I.2. Tabelaryczna definicja topologii

• Schemat koduje sie w formie wpisów do tabeli.
• kazdy wiersz to osobny aparat
• kolumny zawieraja informacje o nazwie i typie
  aparatu, jego strumieniach wlotowych (zwykle ze
  znakiem ) i wylotowych (ze znakiem -)

14
Kolejnosc przetwarzania informacji w symulatorach
I.3. Topologia zapisana za pomoca autokodu

• Specjalizowany jezyk programowania.
• Kod sklada sie ze slów 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 dotyczace organizacji obliczen, itp.
• Niektóre symulatory udostepniaja dostep do
  autokodu wygenerowanego na podstawie GUI i jego
  modyfikacje

15
Kolejnosc przetwarzania informacji w symulatorach

• II. Weryfikacja i dekompozycja problemu
• Sprawdzenie rozwiazywalnosci ukladu równan
  (kwadratowy uklad równan)
• Dekompozycja wydzielenie niezaleznych problemów
• W ramach niezaleznych problemów wydzielenie
  obliczen prostych i objetych petlami
  iteracyjnymi koniecznosc iteracji wynika z
• Wystepowania recyrkulacji strumienia masy
• Zalozenia, ze pewne parametry wylotowe z aparatów
  powinny miec okreslona wartosc
• Brak danych w strumieniach wejsciowych

16
Kolejnosc przetwarzania informacji w symulatorach

• Wygenerowanie i uruchomienie programu
• Na tym etapie symulator odwoluje sie do bibliotek
  modeli aparatów i wlasciwosci mediów
• Odbywa sie on zwykle poza kontrola uzytkownika
• Niektóre symulatory (ASPEN) maja klarowna
  kolejnosc przetwarzania
• GUI?Autokod?FORTRAN ? Program wykonywalny
• Umozliwiaja uzytkownikowi wglad i ingerencje w
  sposób wykonywania obliczen

17
Porównanie symulatorów

• Cechy wspólne
• Graficzny interfejs uzytkownika (GUI)
• Mozliwosc uzupelniania i modyfikacji banków
  danych
• Róznice dotycza "elastycznosci", czyli mozliwosci
  wplywu uzytkownika na sposób prowadzenia
  symulacji
• Ilosc dostepnych modeli aparatów i wlasnosci
• Mozliwosci wprowadzania wlasnych modeli
• Mozliwosc wplywu na przebieg obliczen

18
ASPEN (advanced system for process engineering)
http//www.aspentech.com/

• Bardzo elastyczny
• Generuje autokod dostepny dla uzytkownika
• Generuje program w FORTANie, w który mozna
  ingerowac
• Bogata dokumentacja
• Nadaje sie do zastosowan badawczych
• duza swoboda i dowolnosc pozostawiona
  uzytkownikowi moze stwarzac problemy w
  zastosowaniach inzynierskich

19
ASPEN One - pakiety

• Aspen oferuje specjalizowane pakiety do róznych
  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
  zarzadzajacy narzedziami ASPEN
• Aspen Properties - skladnik podstawowy
• Aspen Rate-Based Distillation (Aspen RateSep)

23
ASPEN produkty przeznaczone dla konkretnych
galezi przemyslu

• Engineering Construction
• Exploration Production
• Refining Marketing
• Chemicals
• Polymers
• Specialty Chemicals
• Pharmaceuticals
• Consumer Products
• Power Industry

24
ChemCAD
http//www.chemstations.net/

• Wzglednie mala elastycznosc
• Dobry do zastosowan projektowych i inzynierskich
• Nie najlepszy do prac naukowych
• Skromna dokumentacja

25
PRO/II
http//www.simsci.com/

• Dosc duza elastycznosc
• Prostszy w uzyciu od ASPENA
• Generuje Autokod, który mozna modyfikowac
• Nadaje sie dosc dobrze do prac naukowych jak i
  inzynierskich
• Mala popularnosc

26
Produkty ARPM Comos FEED Connoisseur DATACON DYNSI
M FSIM Plus HEXTRAN INPLANT NETOPT PIPEPHASE PRO/I
I 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 elastycznosc
• Ukierunkowany na zastosowania petrochemiczne
• Obecnie przejety przez firme 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 HydraulicsOLGAS 2-Phase
  (Aspen HYSYS OLGAS)
• Aspen HYSYS Pipeline Hydraulics OLGAS 3-Phase
• Aspen HYSYS Pipeline HydraulicsPIPESYS (Aspen
  HYSYS PIPESYS)
• Aspen HYSYS Upstream
• Aspen HYSYS Upstream Dynamics
• Aspen OTS Framework
• Aspen Process Engineering Console

30
ProMax
Bryan Research Engineering, Inc.
http//www.bre.com/

• Program dedykowany konkretnym procesom zwiazanym
  glownie z petrochemia
• Amine Sweetening odsiarczanie (H2S) roztworami
  amin
• Glycol Dehydration odwodnienie glikoli
• Equipment Rating / Sizing wymiarowanie i
  sprawdzanie rur, separatorów, kolumn,
  wymienników ciepla
• 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
• Chlodzenie (mrozenie)
• Przeróbka i oczyszczanie gazu
• Rurociagi
• Ogniwa paliwowe
• Produkcja amoniaku, metanolu,
• Przeróbka siarki
• Wytwórnie wodoru
• Dostepna 2 tygodniowa licencja testowa

32
http//www.winsim.com/index.html

• Glówne 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 skladowe symulatorów

1. Bazy danych parametrów fizycznych
2. Baza danych równowagowych (VLE, LLE, LLVE, SLE,
   elektrolity, dla powszechnie stosowanych metod)
3. Procedury obliczeniowe dotyczace wlasnosci
   termodynamicznych oraz transportowych
   (Thermodynamic and Transport Properties (TTP))
4. Narzedzia wprowadzanie danych
5. Modul generujacy rozwiazania - Solver
   (kalkulator)
6. Modul wyjscia wyniki (w formie Process Flow
   Diagrams -PFD)
7. Wymiarowanie aparatów oraz funkcje uzytkowe

35
Korzysci plynace z zastosowania symulatorów

1. Bardzo szybkie uzyskanie wlasnosci fizyczne
   czystych zwiazków i mieszanin
2. Proste, szybkie i dokladne oszacowanie parametrów
   operacji jednostkowej
3. Obliczanie skomplikowanych schematów
   technologicznych
4. Znalezienie optymalnego rozwiazania sposród wielu
   alternatyw
5. Poprawa dzialania istniejacych instalacji