Hỏi Về Simulation

Mình mô phỏng 1 Atmopheric Column, nhưng khi cho chạy, cho ra kết quả ko tốt.

Hơi nước được đưa vào column ở đáy, nhưng ở trên đỉnh chẳng thu được tí nước nào, lý do vì sao thế nhỉ? Các bạn load ví dụ về xem thử giúp 🔒 Bấm Cảm ơn hoặc Trả lời để xem Link[1].gif" alt="" class="bb-img" loading="lazy">





dowload file :

🔒 Bấm Cảm ơn hoặc Trả lời để xem Link

or

🔒 Bấm Cảm ơn hoặc Trả lời để xem Link

Các bạn chú ý: Để load các file đính kèm, ta click chuột phải vào nó và chọn Save Target as.... vàlưu lại dưới dạng đuôi như đã thấy trên màn hình.

Mình có DL cái ví dụ của bạn. Nhiệt độ trên đầu là 133°C chứ không phải là 85°C.

Ở nhiệt độ này (133°C) thi nước không ngưng tụ được (partial pressure của nước chỉ có 21 kPa thôi).

Tại sao vậy?

Vi cai specification trên đầu của bạn: distillate rate=8,25 kmol/h. Bạn cần sãn phẩm xăng qúa ít nên overhead gas không cần phải ngưng tụ nhiều nên nước không ngưng tụ cùng vói xăng được.

Muốn có nước thì bạn chỉ cần tăng lượng sản phẩm xăng lên hay set nhiệt độ trên đầu=85°C (tốt nhất là 60 °C, nhiệt độ của không khí nay của nước làm lạnh, vói nhiệt độ này bạn có thể lấy ra tất cả sản phẩm xăng)

Mình đã hạ nhiệt đỉnh tháp xuống 60 rồi mà chưa thu được giọt nước nào, tăng distillate rate cũng vậy, thienthu set lại giùm mình cái nào 🔒 Bấm Cảm ơn hoặc Trả lời để xem Link[1].gif" alt="" class="bb-img" loading="lazy">

Sao kỳ vậy. Oilman DL cái file nay xuống. Mình tính được mà.

🔒 Bấm Cảm ơn hoặc Trả lời để xem Link

Có thể do mình set ko đúng cách ( set trong tab Parameter của column)

Đây là cái mình chỉnh lại nhiệt độ ở đỉnh tháp.

🔒 Bấm Cảm ơn hoặc Trả lời để xem Link

Hỏi thienthu thêm 1 câu nữa: Trong cái ví dụ trên, khi mình chạy thì nó hiện ra 1 message như thế này :



Làm sao nhỉ?

vì pressure của ATM Feed (175 kPa) nhỏ hơn pressure trong column (230 kPa). Chỉnh pressure của ATM feed lại là xong

Nhưng điều này không ảnh hưởng đến heat balance. Oilman giải thích được không?

Tại sao lại không ảnh hưởng hả thienthu? vì áp suất ảnh hưởng đến vapour fraction mà.

Mà mình loay hoay mãi vẫn chưa tăng được áp suất của ATM Feed lên 230 KPa ( ko biết tăng chỗ nào), hạ áp suất của column thì được.

Thực tế, mình hạ áp suất của column nó cũng ko ảnh hưởng đến heat balance, nếu áp suất thay đổi trong khỏang nhỏ 175-230 KPa thì cũng chẳng ảnh hưởng bao nhiêu đến nhiệt độ trong column cả.

simulation chạy đã ok, cảm ơn thienthu đã chỉ dẫn 🔒 Bấm Cảm ơn hoặc Trả lời để xem Link[1].gif" alt="" class="bb-img" loading="lazy">

thienthu cho mình hỏi cái này, Degrees of Freedom = 1, chỉnh thế nào cho nó bằng 0 nhỉ, vì sao cứ nhất thiết fải là 0 nhỉ?

Mỗi khi mình chạy nó báo lỗi này :

🔒 Bấm Cảm ơn hoặc Trả lời để xem Link

Thanks 🔒 Bấm Cảm ơn hoặc Trả lời để xem Link[1].gif" alt="" class="bb-img" loading="lazy">

Nếu độ tự do lớn hơn 0 thì cậu phải chọn thêm đại lượng để Active

ngược lại nếu bé hơn không thì phải bớt đi các đại lượng đã active

-trong trường hợp bằng 1 thì cậu phải cậu phải active thêm một đại lượng nữa

-việc chọn đại lượng để active là phải nghiên cứu, vì nó sẽ ảnh hưởng đến kết quả hội tụ của bài toán, và đại lượng mình cần đánh giá đến sự ảnh hưởng của nó đến toàn hệ

- số lượng đại lượng active trong mỗi bài toán sẽ khác nhau, tùy thuộc vào loại tháp bạn chọn

-bài toán cậu gửi chắc là Hysys 2006 hả, tớ mở bằng 3.2 nó báo không được

Thanks accc070, mình làm trên Hysys 2006, bản này chạy ổn định, ko báo lỗi như 3.2 và có thêm nhiều tính năng, giúp kết quả tính tóan sát thực hơn

1) Degrees of freedom:Degrees of freedom= specification phải đặt để column mới tính được (number of specification to be set to solve the column).

Thí dụ nếu degrees of freedom=1 thi bắt buộc 1 specification phải set thì column mới giải được. Nếu degrees of freedom=2 thi bắt buộc 2 specification phải set.

Số degrees of freedom tùy thuộc sự sắp đặt (configuration) của column.

Giai column nghĩa là tính nồng độ (compositions) của mỗi phần tử (component) và nhiệt độ trên mỗi khay của column. Để tìm ra giải đáp thì phải giải một hệ thống phương trình gồm N*(C+1) phương trình cho N*(C+1) ẩn số, trong đó N=số khay của column va C là số phân tử có trong feed, nếu feed và áp suất của column đã được định nghĩa hòan tòan (thường là như vậy)

Thí dụ để giải 1 column dạng absorber/stripper (feed ở thể hơi vào từ đáy đi lên, feed ở dạng lỏng vào trên đầu đi xuống) có 3 khay vả những feed vảo có 3 phân tử thi phải giải một hệ thống phương trình gồm 3*(3+1)=12 phương trình cho 12 ẩn số (nồng độ của 3 phân tử trên 3 khay tổng cộng là 9 cộng thêm nhiệt độ của 3 khay vi chi là 12 ẩn số). Để giải thì có mass balance của 3 phân tử cho 3 khay (9 phương trình) cộng thêm 3 heat balance cho 3 khay thì ta có được tổng cộng 12 phương trình để giải.

Như vậy degrees of freedom của column dạng absorber/stripper = 0 vì số ẩn số=số phương trình nên có thể giài được mà không cần phải set gì nữa.

Bây giờ lấy thí dụ một column dạng reboiled absorber có 3 khay (absorber có thiết bị tái đun ở đáy= 1 khay). Vì đáy được tái đun nên cẩn phải biết nhiệt lượng cho vào thì hệ thống phương trình mới giải được ( chỉ có 16 phương trình mà đến 17 ẩn số) như vậy degrees of freedom của column dạng reboiled absorber=1, co nghĩa là 1 specification phải set. Trong trương hợp này nếu set heat duty Q của reboiler=...kW chảng hạn thi nhiệt độ và nồng độ các phân tử ở reboiler sẽ được tính. Thay vi Q ta cũng có thể set nhiệt độ của reboiler hay bẩt cứ khay nảo thi Q sẽ được tính (miễn sao 1 spec phải được set).

Tương tự columm có reboiler và condenser cần phải set 2 đến 3 spec (tùy theo máy ngưng tụ hòan tòan hay chỉ một phần thôi) chảng hạn set nhiệt độ ở đàu và đáy hay nồng độ của một phan tử nào đó ở đầu và ở đáy.

Column có pump around phải set 2 spec (draw rate và return temperature chẳng hạn hay cái gì đó miễn sao phải set 2 spec)

2) cái message mà oilman thấy không liên quan gi đến degrees of freedom của column mà nó chỉ báo lả không tìm thấy giải đáp ( không converged) vì những lý do sau:

a) Spec không đúng, không hợp lý. Điều này dễ sửa, vì mình biết column phải lảm gì.

🔒 Bấm Cảm ơn hoặc Trả lời để xem Link[1].gif" alt="" class="bb-img" loading="lazy"> Ước đóan ban đầu không được tốt (estimated values)



Như trên đã giải thích tính column là phải giải hệ thống phương trình. Hysys hay các simulator khác (pro-II, aspenplus) sử dụng phương pháp iteration theo Newton-Raphson đẻ giải phương trình nên cần start values. Thường là nhiệt độ và flow rate (gas và liquid) trên mỗi khay. Nếu sự ước đóan ban đầu không được tốt thì có thể hysys không tìm thấy lời giải.

Oilman dl file nay

🔒 Bấm Cảm ơn hoặc Trả lời để xem Link

Cảm ơn 🔒 Bấm Cảm ơn hoặc Trả lời để xem Link[1].gif" alt="" class="bb-img" loading="lazy"> rất bội phục thienthu

a) Spec không đúng, không hợp lý. Điều này dễ sửa, vì mình biết column phải lảm gì.

cool.gif Ước đóan ban đầu không được tốt (estimated values)

thienthu nói luôn cái đọan này đi 🔒 Bấm Cảm ơn hoặc Trả lời để xem Link[1].gif" alt="" class="bb-img" loading="lazy">

a) Set Spec sai: lấy một thí dụ của cái column dạng refluxed Absorber (column có máy ngưng tụ trên đầu) cho ra sản phẩm trên đầu vừa ở dạng khí vừa ở dạng lỏng (partial condenser). Cái column dạng này có degrees of freedom =2, nghĩa là mình phải set 2 cái spec, chẳng hạn nhiệt độ (column temperature) và nồng độ của một phân tử nhẹ (component fraction) trên đầu của column. Nếu set như vậy thì hysys thường không tìm thấy giải đáp vì nhiệt độ là hàm số của nồng độ hay ngược lại (hệ thống phương trình bất định). Như vậy để hysys tìm thấy giải đáp thì mình phải set 2 cái spec lả 1) nồng độ, 2) sản phẩm hơi hay lỏng hay set 1) nhiệt độ, 2) sản phẩm hơi hay lỏng. Mình cũng có thể set 1) nhiệt độ trên đầu và 2) nhiệt độ ở đáy column. Trong trường hợp này thì nồng độ và sản phẩm (hơi và lỏng) trên đầu sẽ được tính. Thông thường thì tùy theo chức năng của column mả người ta set spec. Nếu mình muốn column cho ra sàn phẩm đúng chỉ tiêu đề ra cho chất lượng (nồng độ) va số lượng (flow rate) thi phải set spec là 1) nồng độ của key component và 2) flow rate của distillate chảng hạn.

🔒 Bấm Cảm ơn hoặc Trả lời để xem Link[1].gif" alt="" class="bb-img" loading="lazy"> Dự đóan đầu hay start values: Như đã nói giải column lả giải hệ thống phương trình theo phương pháp iteration nên cần phải có start values. Hysys có phương pháp giải rất hiệu qủa nên nhiều khi mình không cần cho start values vào hysys cũng có thể tìm thấy giải đáp. Củng có trương hợp hysys không giải được (phần lớn là trong những hệ thống có độ sôi cách biệt lớn như trong high pressure column demethanizer, nhiệt độ đáy chỉ có -3°C, mà nhiệt đọ đầu -100°C). Trong trường hợp này thi mình phải cho start values (tab parameters ---> profiles) vảo để giúp hysys. Thường start values là nhiệt độ trên mổi khay và/hay flow rate (vapor và liquid) trên mõi khay. Mình cũng không cần phải cho start values cho tất cả các khay mà chỉ càn cho một số khay nào đó thôi chẳng hạn như khay đáy và khay đầu. Tại sao vậy?. Vì ở hai cái khay này mình có thể đóan chính xác đưuợc.

Nói chung để đóan start values đưuợc chuẩn thì cũng cần một tí kinh nghiệm. Kinh nghiệm này có thể học được.

Nếu oilman/các bạn khác muốn hay thích thi mình sẽ đưa ra một thí dụ đơn giản và chỉ cách đóan start values.

Chủ đề này được rất nhiều người xem, nên ko chỉ riêng mình quan tâm, mà còn có nhiều người khác nữa, vì vậy thienthu tiếp tục bài giảng đi, để mọi người được học hỏi thêm. Cũng như người lập trình, sự thành công là chương trình chạy, còn người làm simulation, sự thành công là simulation chạy, việc estimated values ảnh hưởng đến điều này rất nhiều. Thanks!

Đọc mấy bài này hay thiệt (mặt dù chưa có tý kinh nghiệm nào về mô phỏng hì hì) nên mong anh Thiên Thu cho tụi em thêm ích kinh nghệm về cái này nha. Cảm ơn anh nhiều 🔒 Bấm Cảm ơn hoặc Trả lời để xem Link[1].gif" alt="" class="bb-img" loading="lazy"> 🔒 Bấm Cảm ơn hoặc Trả lời để xem Link[1].gif" alt="" class="bb-img" loading="lazy"> 🔒 Bấm Cảm ơn hoặc Trả lời để xem Link[1].gif" alt="" class="bb-img" loading="lazy">

Have a nice dream!

Mìmh lấy 1 thí dụ đơn giản là tính một column có máy ngưng tụ phần trên đầu (partial condenser) và máy tái đun ở đáy (reboiler).

Để tạo ra mội PFD (Process Flow Diagram) gồm có 1 valve và một column dạng distillation được nối với nhau qua những material stream thì làm những thao tác sau:

1) Start Hysys

2) vào basis environment

3) Tab components ---> tab view ---> add pure những phân tử sau đây:

Methane, C2H4, C2H6

4) Tab fluid Pkgs----> chọn Peng-Robinson

5) Nhấn nút return to simulation environment ---> hiện ra PFD-Case(main) vả cái window tools case (main)

6) Đặt lần lượt 1 cái valve và 1 distillation column (column có condenser và reboiler) từ window tools case (main) vào PFD

7) Nhấn phím Ctr đồng thời dí chuột vào valve kéo ra 2 material stream đặt tên là S1 và S2

8) S1 (vào valve) được định nghĩa như sau:

Conditions:

-Vapor/phase fraction=0 (ở trang thái sôi)

- Pressure = 3200 kPa

- Mass flow= 45000 kg/h

Composition: Methane= 0.0001; C2H4=0.6; C2H6=0.3999 mole fraction

Nếu cho vào đầy đủ như vậy thì S1 sẽ có màu xanh (nghĩa là state của S1 đã được định nghĩa đầy đủ)

9) Đặt pressure của S2=900 kPa; S2 cũng có màu xanh.

10) Nhấn phím Ctr đồng thời dí chuột vào đầu S2 kéo đến cạnh của column để nối S2 vào với column.

11) Nhấn phím Ctr đồng thời dí chuột vào đầu column kéo ra stream top vapour oulet, dặt tên là S3

12) Nhấn phím Ctr đồng thời dí chuột vào đầu column kéo ra stream top liqid oulet, dặt tên là S4

13) Nhấn phím Ctr đồng thời dí chuột vào đầu column kéo ra stream top energy stream, dặt tên là Qcond

14) Nhấn phím Ctr đồng thời dí chuột vào reboiler kéo ra stream btm liqid oulet, dặt tên là S5

15) Nhấn phím Ctr đồng thời dí chuột vào reboiler kéo ra stream btm energy stream, dặt tên là Qreb

Tới giai đọan thì cái PFD đã hòan tất, các unit đã được nối với nhau bằng các material stream.

Bây giờ phải định nghĩa cái column.

16) Start column input expert (double click vào column) ----> đặt stages=80; stage numbering= bottom up ( có nghĩa là số khay được đếm từ dưới lên trên)

Sau đó bấm next để tiếp tục ---> trang mới.

17) Đặt reboiler pressure = 900 kPa

18) Đặt condenser pressure = 800 kPa

19) Đặt condenser pressure = 50 kPa ---> nhấn next ---> nhấn next ----> nhấn done

Như vậy column đã được địnnh nghĩa xong

Sau khi nhấn done thi sẽ tự động vào Window Column Runner, Tab Design, mục Monitor. Ở trang nảy mình có thể set specification cho column.

Vì column tạo ra có dạng distillation column có partial condenser và reboiler nên cần phải set 3 spec.

Nhưng hysys đã tự động set 3 cái spec (cột active, ô có móc) là:Reflux Ratio; Ovhd Vap Rate (sản phẩm dạng hơi) và Distillate Rate (sản phẩm dạng lỏng). Vì Reflux Ratio và Ovhd Vap Rate khong có ý nghĩa nhiều nên mình xóa hai cái spec này (đem chuột vào cột active rồi nhấn vào ô có móc của 2 cái spec đó) và thế bằng 2 cái spec mới.

20) Bấm nút Add Spec ----> chọn column component fraction

21) chọn stage= condenser; flow basis=mole fraction; phase =vapour; spec value=0.9995; components= ethylene (sản phẩm có chỉ tiêu của polymer grade ethylene)

23) Bấm nút Add Spec ----> chọn column component fraction

24) chọn stage=reboiler; flow basis=mole fraction; phase =liquid; spec value=0.005; components= ethylene (mất 0.5% ethylene )

25) Vào cột specified value, dòng Distillate Rate ---> double click---> đổi flow basis=Mass; spec value=5000 kg/h

Tóm tắt bây giờ mình lại có 3 spec mới là: nồng độ ethylene trên đầu=0.9995, nồng độ ethylene ở đáy=0.005 và sản phẩm ethylene ở dạng lỏng=5000 kg/h.

Và bạn thấy Degrees of freedom=0. Nghĩa là column đã định nghĩa xong và mình chỉ cần bấn nút Run là column chạy không cần cho estimated values vào vì column này thuộc lọai " hiền".

Trong trường hợp phải cho estimated values vào thì chọn tab parameters, mục profiles thì sẽ thấy một matrix gồm 6 cột: stage, pressure, temp, net liquid va net vapour. Còn dòng thì tương ứng với số khay của column. Cột pressure đẫ có ghi dầy đủ rồi vì khi tạo column với input expert thì áp suất của column đã phải cho biết (luôn luôn là như vậy) còn mấy cột khác thì emty.

Thường thì không tài nào mình có thề điền tất cả các ô còn trống được. Nhưng có hai hàng mình có thể cho start value được là hàng của condenser và reboiler.

Để cho start value của temp thỉ mỉnh biết trên đầu chỉ tòan ethylene ở trạng thái cân bằng và áp suất là 800 kPa nên nhệt độ ở đây đóan khoảng chừng -57°C. Tương tự ở đáy (reboiler) chỉ có ethane ở áp suất 900 kPa nên nhệt độ ở đây đóan khoảng chừng -35°C.

Start value cho cột net vapour của condenser: Hầu như tất cả ethylene có trong feed (S1) đều lên trên đầu cùa column nên mình cò thể viết vào đây flow rate của ethylene có trong stream S1.

Start value cho cột net liquid của reboiler: Suy diễn tương tự, hầu như tất cả ethane có trong feed (S1) đều đi xuống đáy của column nên mình cò thể viết vào đây flow rate của ethane có trong stream S1.

Tóm lại mình có những Start values sau:

Condenser: temp=-57; net vapour =935

Reboiler: temp=-35; net vapour =623

Temp của các khay khác cò thể tính từ khay(i+1)=khay(i)-(57-35)/82; khay(1=reboiler)=-35 và khay(82=condenser)= -57.

Vì lấy thí dụ của một hệ thống đơn giản để giải thích cho dễ hiểu, nhưng phương pháp đơn giản trên cũng có thể áp dụng cho những hệ thóng phức tạp hơn.

Bây giờ thì có thể bấm nút RUN, ghi lai kết qủa (Qcond và Qreb)

Thay Feed khay (41----> 25) roi RUN. Các bạn thấy gì?

Bây giờ các bạn tằng trị số của spec Distillate Rate lên = 10000 kg/h, 15000 kg/h và 20000 kg/h. Các bạn thấy gì sau khi run?

Sau khi làm xong lần 1, mình thấy trong tab profiles ko cần fải estimate, nếu mình set estimated values thì nó cho ra kết quả y chang như ban đầu (ko ảnh hưởng gì):



Khi thay đổi Feed Inlet Stage từ 41 --> 25 thì Qcond và Qreb đều giảm, còn khi tăng distillate rate thì cả Qcond và Qreb tăng, riêng trường hợp distillate rate = 20000 kg/h thì ko giải được :

Iter: 9999 Eqm Error: 0.000000 Heat/Spec Error: 0.000922 Step Size: 0.0000

Column Flowsheet T-100 Not Converged

Kết quả :

🔒 Bấm Cảm ơn hoặc Trả lời để xem Link

Thí dụ trên cho thấy những điều sau đây:

1) Start values: không ảnh hưởng gì đến kết qủa của việc tính tóan column. Chúng chỉ giúp cho column converge nhanh vậy thôi. Hysys có một phương pháp để tính column rất hiệu qủa nên trong nhiều trườnh hợp không cần phải cho start values vàö mà column vẫn converge được. Đôi khi cũng có trường hợp phức tạp, column không tự giải đưuợc nên cần có start values. Ở tình huống này thì có thể dùng lối suy diễn đơn giản như đã nói đẻ tạo ra ít nhất cũng được cái temperature profile cho các khay và flow rate cho vài khay.

2) Chỗ khay đưa nguyên liệu (feed) vào: ảnh hưiởng nhiều đến heat balance của column. Chọn đúng khay để đưa feed vảo có thể giảm năng lượng cần thiết của column tới 20%.

Phương pháp đơn giản nhất đẻ tìm ra khay tối ưu cho feed là try and error, nghĩa là dời feed từ khay ở vị trí hiện thời lên phía trên khỏang 2 đến 3 khay hoặc 2 đến 3 khay về phía dưới. Chiều nào làm cho duty của condenser giảm thì tiếp tục chuyển feed theo chiều đó (mỗi lần 2 đến 3 khay). Cứ chuyển feed như thế đến chừng nào duty của condenser lại tăng lên lại thì cái khay trước đó là feed khay hợp lý nhất.

3) Column không tìm ra lời giải vi set spec sai: mình cố tình set cái spec trên đầu của column là:

stage= condenser; flow basis=mole fraction; phase =vapour; spec value=0.9995; components= ethylene.

Với cái spec này thì column không thể nào tìm thấy lời giải đươc, nếu distillate rate >= 20000 kg/h. Tại sao?

Vì trong feed có methane. Methane là loại khí rất nhẹ so với ethylene nên ra khỏi column đằng đầu củng vơi ethylene ở dạng hơi. Ngoài ra:

Sản phẩm ethylene= ethylene hơi+ ethylene lỏng (distillate rate)

Nếu ethylene lỏng tăng thì ethylene hơi sẽ giảm, nhưng methane hầu như không giảm cho nên nồng độ methane trong sản phẩm ethylene hơi càng tăng khi nhiều ethylene lỏng được lấy ra khỏi column.

Khi distillate rate >= 20000 kg/h thi nồng độ methane lớn hơn 0.0005 và cái spec cho ethylene trên đầu của column với spec value=0.9995 (vì Sum y(i)=1) không đạt đươc nữa, kết qủa là column không converge.

Nồng độ của methane trong sản phẩm ethylene hơi (S3) là hàm số của distillate rate

5000 kh/h 10000 kg/h 15000 kg/h 19000 kg/h

Methane 0,0002 0,0003 0,0003 0,0005

Ethylene 0,9995 0,9995 0,9995 0,9995

Ethane 0,0003 0,0002 0,0002 0,0000

Như thế thì set spec trên đầu của column như thế nào để có thể sản xuất ethylene lỏng nhiều hơn 20000 kg/h ???

Các bạn thử sửa cái spec tren đầu như thế này:

Thay vì set stage= condenser ta set stage= 80 (đầu ra column trước khi vào condenser), rồi cho column chạy với distillate rate=20000 kg/h; 25000 kg/h.