СКАЧАТЬ:  http://mysagni.ru/ucheba/avtomatizaciya/1910-posobie-matematicheskoe-modelirovanie-i-optimizaciya-himiko-tehnologicheskih-processov-s-primeneniem-modeliruyuschey-programmy-chemcad-.html

Построение технологической схемы

Построение технологической схемы сводится, в основном, к размещению изображений технологического оборудования (далее аппаратов или пиктограмм аппаратов) на экране и соединению их потоками. Иногда на этап построения схемы возникает необходимость в создании новых и модификации имеющихся пиктограмм (напр. для строгого соответствия требованиям ГОСТов). Рассмотрим последовательность выполнения этих шагов.

Рекомендуется сначала разместить изображения аппаратов, и только после этого соединять их потоками.

1.1.    Размещение изображений аппаратов

Пиктограммы аппаратов расположены на «Основной графической палитре».

Размещение изображений аппаратов выполняется в графическом режиме работы программы (подробнее см.раздел «Режимы работы CHEMCAD»). При создании нового задания переход в этот режим осуществляется автоматически.

Для выбора пиктограммы аппарата следует установить на ней курсор мыши, появится подсказка с названием пиктограммы, далее после левого щелчка мыши «Основная графическая палитра» временно исчезает с экрана (для целей удобства размещения пиктограмм аппаратов), а курсор мыши принимает вид небольшого квадратика: «¨», который можно перемещать по экрану. Размещение выбранной пиктограммы выполняется щелчком мыши по рабочему листу. После этого указанном месте отобразится изображение аппарата, а «Основная графическая палитра» снова станет видимой. Рядом с изображением аппарата автоматически выставляется ее ID (порядковый идентификационный номер), обведенный кружком. Номера присваиваются автоматически, последовательно, начиная с «1», в порядке размещения пиктограмм на рабочем листе.

Рекомендуется начинать размещение изображений аппаратов технологической схемы с выставления пиктограммы Feed (Питание). Завершение размещения изображений аппаратов технологической схемы заканчивается размещением изображений Product (Продукт).

На каждом этапе размещения аппаратов или при завершении этого процесса можно сохранить введенную информацию, выполнив команду File/Save (Файл/Сохранить) или File/Save As Case (Файл/Сохранить как …).

1.2.    Редактирование изображений аппаратов

Редактирование изображений аппаратов начинается с выделения изображения аппарата правым щелчком мыши, после чего на экран выводится контекстное меню (подробнее см. соответствующий раздел).

У каждого аппарата, как правило, имеется множество пиктограмм. Однако, для решения практических задач этого может оказаться недостаточным. Поэтому в программе предусмотрены некоторые возможности модификации непосредственно уже самих изображений. Команды контекстного меню позволяют зеркально отображать изображения аппаратов в горизонтальной и вертикальной плоскостях, а также поворачивать изображения на 90 градусов по или против часовой стрелки.

1.3.    Изображение потоков на технологической схеме

После завершения размещения изображений аппаратов технологической схемы необходимо соединить их материальными потоками.

Пиктограмма изображения потока  расположена на «Основной графической палитре».

Рисование потоков, также как и размещение аппаратов, выполняется в графическом режиме работы программы (подробнее см.раздел «Режимы работы CHEMCAD»). При создании нового задания переход в этот режим осуществляется автоматически.

Для начала рисования потока необходимо щелкнуть по кнопке с пиктограммой изображения потока. Название кнопки Stream (Поток) высвечивается во всплывающей подсказке. После щелчка курсор мыши принимает вид маленькой стрелки, а на рабочем листе, кроме этого появятся две ортогонально перекрещенные вспомогательные линии. Для изображения потока курсор подводится близко к изображению аппарата. Когда появится красный кружок-индикатор рядом с выходом аппарата, фиксируется левая кнопка мыши и с помощью мыши в соответствующем направлении рисуется поток. Когда появится синий кружок-индикатор входного потока следующего аппарата, снова щелчком выполняется фиксация. Программа отобразит поток, идущий в эту точку и автоматически присвоит ему ID (порядковый идентификационный номер), обведенный квадратом.

При изображении потоков следует руководствоваться рядом общих правил:

1. Каждый поток направлен от аппарата-источника к аппарату-приемнику.

2. Каждый аппарат имеет позиции входа и выхода. Они устанавливаются при создании пиктограммы аппарата. Программа ориентирует потоки по отношению к этим позициям. Приемник всегда направлен из выхода аппарата-источника к входу аппарата-приемника.

3. Начало потока определяется появлением курсора в виде стрелки рядом с позицией выхода из аппарата-источника. При нажатой левой кнопке мыши программа строит поток из этой позиции.

4. При изображении потока, приближаясь к позиции входа аппарата, вновь появляется  курсор в виде стрелки. Поток фиксируется щелчком мыши. Одновременно на потоке отображается его ID (порядковый идентификационный номер), обведенный квадратом.

5. Для отказа от изображения потока выполняется правый щелчок мыши, появляется контекстная кнопка Stop drawing stream (Прекратить рисование потока), на которую необходимо нажать.

1.4.    Редактирование потоков на технологической схеме

Редактирование изображений потоков начинается с выделения изображения потока (линии) щелчком мыши, после чего правым щелчком на экран выводится контекстное меню (подробнее см. соответствующий раздел).

Основными операциями при редактировании потоков являются: перенаправление потоков (Reroute stream) и «врезка аппарата» в поток (Insert unit).

1.5.    Редактирование ID (идентификационных номеров) аппаратов и потоков

Редактирование ID аппаратов и потоков осуществляется через команду контекстного меню Edit ID (Редактировать идентификационный номер). При выполнении этой команды появляется следующее диалоговое окно, предлагающе в поле New ID (Новый ID) ввести новое значение идентификатора (Рис. 7):

Поскольку ID каждого потока (среди потоков) и каждого аппарата (среди аппаратов) является уникальным, то на схеме не должно быть два одинаковых однотипных объекта (аппарат или поток) с одним и тем же ID. Программа отслеживает эту ошибку еще на стадии редактирования с отменой изменения ID и выдачей следующего сообщения об ошибке (Рис. 8):

Сообщение СС5: новый ID= … уже используется.

Рекомендация. Редактирование ID потоков или аппаратов удобнее всего начинать с конца списка номеров. 

Типичной ошибкой при редактировании является выделение не самого объекта, а его ID (порядкового идентификационного номера). Поскольку ID и сам является графическим объектом, то контекстное меню появляется и для него, но часть пунктов меню в этом случае заблокированы, а на другие команды меню может выдаваться следующее сообщение (Рис. 9):

Сообщение СС5: пожалуйста, выберите поток или аппарат (Не является блоком с ID).

1.6.    Сохранение технологической схемы

На каждом этапе построения технологической схемы или при завершении этого процесса можно сохранить введенную информацию, выполнив команду File/Save (Файл/Сохранить) или File/Save As Case (Файл/Сохранить как ва­риант).

1.7.    Упражнение. Построение технологической схемы

1. Выполнить построение технологической схемы, которая приведена на Рис. 4. Для этого следует перейти в режим Mode: Flowsheet: (Режим: Технологическая схема).
2. Используя Main Palette (Основную палитру) и Sub Palettes (Под-палитры), выбрать следующие модули-пиктограммы:

●     Feed (Питание);

●     Heat Exchanger (Теплообменник);

●     Flash (Испаритель);

●     Valve (Клапан);

●     Tower (Колонна);

●     Product (Продукт).

Для размещения пиктограммы аппарата на экране выбрать ее приблизительное местонахождение и щелкнуть левой клавишей мыши. Перед выставлением пиктограмм просмотреть дополнительные варианты их исполнения (если они есть).

Первый аппарат – это пиктограмма устройства питания – Feed 1. После ее размещения выбрать пиктограмму – Heat Exchanger 3 (Двухстороннего теплообменника) и разместить на схеме после пиктограммы Feed. Еще раз выбрать пиктограмму Heat Exchanger 3 и поместить ее после первой. Далее необходимо ввести в схему пиктограммы Flash (Испарителя), Valve (Клапана) и Tower (Колонны). Перед размещением на схеме пиктограммы Valve (Клапана) выполнить ее модификацию в соответствии с представлением на технологической схеме. Для разворота Valve (Клапана) использовать команду контекстного меню 90 Clock Wise (Поворот по часовой стрелке на 90 градусов). Далее выбрать пиктограмму Tower 4 и разместить после регулировочного клапана. Для ввода надписи TOWER к пиктограмме Tower 4 использовать символ Text (Текст) из Main Palette (Основной палитры).  Завершить размещение пиктограмм аппаратов на схеме выставлением пиктограмм Product (Продукт).

1.  Выполнить соединение аппаратов технологической схемы потоками.

Для этого в режиме Mode: Flow sheet, в Main Pallete (Основной палитре) выбрать символ Stream (Поток) и подвести курсор к потоку питания (пиктограмма Feed 1). Когда появится стрелка выхода из большой стрелки питания, нажать левую кнопку мыши и с помощью мыши нарисовать поток, направленный вправо. Когда появится стрелка самого первого входа в теплообменник (пиктограмма Heat Exchanger 3), снова нажать левую кнопку мыши. Программа изобразит поток, идущий прямо в эту точку, и присвоит ему ID номер. Так как программа присваивает ID номера последовательно, то номер этого потока будет 1. Для изображения второго потока надо курсором выбрать правую стрелку выхода теплообменника, нажать левую кнопку мыши, изобразить поток, идущий к левому входу во второй теплообменник, и снова нажать левую кнопку мыши. Самостоятельно изобразить на схеме все остальные потоки.

1. Переключиться в режим Mode: Simulation с сохранением задания.

1.  Выбор индивидуальных компонентов (веществ)

2.1.    Идентификационные номера веществ

Каждое вещество банка данных имеет свой уникальный идентификационный номер (ID). Для стандартного встроенного банка данных СhemCad используется диапазон номеров 1-4999. Для дистилляционных кривых 5000-5999. Для нефтяных фракций 6000-7999. Для веществ Пользователя зарезервированы порядковые номера от 8000 до 9999.

2.2.    Стандартный банк данных веществ СhemCad

Стандартный банк данных содержит свойства для ряда чистых веществ. Кроме того, там содержатся около 6000 пар параметров бинарного взаимодействия, предназначенных для использования в таких методах расчета коэффициентов активности, как NRTL, UNIQUAС, Маргулес, Вильсон и пр. Данные можно просмотреть и распечатать.

Стандартный банк данных доступен только для чтения. Чтобы изменить какие-либо данные в веществе из стандартного банка данных необходимо скопировать его в банк данных пользовательских веществ.

2.3.    Ввод нового вещества в банк данных

Как было уже рассмотрено ранее, стандартный банк данных содержит ограниченное количество веществ. Может случиться так, что какого-либо вещества в стандартном банке данных не окажется. В этом случае имеется возможность ввести банк данных новое вещество, создав его «с нуля» или на базе уже имеющегося веществ в базе данных.

Процесс ввода нового вещества в банк данных описывается в Приложении «Ввод нового вещества в банк данных».

2.4.    Задание списка химических компонентов

Предварительно необходимо перейти в режим моделирования схемы.(подробнее о режимах см. соответствующих раздел).

Выбор компонентов производится из банка данных программы. Для этого используется команда ThermoPhysical/Component List (Тепло-физические/Список компонентов) или кнопка  на панели инструментов. После выполнения команды на экран выводится окно (Рис. 10):

В списке Selected Components (Выбранные компоненты) приведен список компонентов, используемых в задании. Первоначально список пуст. Он пополняется по мере выбора нужного компонента из банка данных компонентов.

В списке «Component Databank» (Банк данных компонентов) приведены все компоненты всех баз данных системы и локальных пользовательских баз данных. Список компонентов составлен по возрастанию их ID номеров.

Навигация по списку банка данных выполняется с помощью полосы прокрутки.

Автоматизированная навигация выполняется с использованием поля ввода данных: Search for (Искать по маске) и кнопки Next (следующая запись). Для этого в поле Search for (Искать по маске) вводится один из следующих текстов поиска (пусть, к примеру, мы хотим сделать текущей записью компонент вода):

– ID компонента из банка данных; вводится целочисленное положительное значение (напр. 62);

– название компонента; вводится на английском языке (напр. Water);

– химическая формула компонента; при этом одинаковые атомы группируются (напр. H2O).

Нажатие на кнопку Next (следующая запись) приводит к смене текущей записи на следующую в списке, удовлетворяющую критерию поиска (маске). При достижении конца списка выполнятся поиск сначала, т.е. поиск является циклическим.

Перенос найденного в банке данных компонента выполняется несколькими способами:

– нажать клавишу [Enter] на клавиатуре; (компонент добавляется в конец списка выбранных компонентов)

– двойным щелчком; (компонент добавляется в конец списка выбранных компонентов);

– щелчком по кнопке Add/Добавить; (компонент добавляется в конец списка выбранных компонентов)

– щелчком по кнопке Insert/Вставить; (компонент добавляется в текущую позицию списка выбранных компонентов, смещая следующие позиции к концу списка);

– щелчком по кнопке Copy components from another job…/Копировать компоненты из другого проекта; (открывается диалоговое окно выбора проекта, из которого компоненты будут добавлены в список выбранных компонентов).

Удаление компонентов из списка выбранных компонентов также выполняется несколькими способами:

– двойным щелчком; (выделенный компонент удаляется из списка выбранных компонентов);

– щелчком по кнопке Delete/Удалить; (выделенный компонент удаляется из списка выбранных компонентов)

– щелчком по кнопке Clear/Очистить; (удаляются все компоненты из списка выбранных компонентов).

Для сохранения созданного списка компонентов надо нажать кнопку OK.

2.5.    Упражнение. Выбор компонентов системы

1. Загрузить задание TUTOR.
2. Выполнить команду ThermoPhysical/Component List (Теплофизические параметры/Список компонентов) и ознакомиться с содержимым окна Component Selection (Выбор компонентов).
3. Просмотреть список, используя кнопку Next (Следующий).
4. Для задания ввести следующий ряд компонентов:

●     Nitrogen (Азот),

●     Methane (Метан),

●     Ethan (Этан).

●     Propane (Пропан),

●     I-Butane (Изобутан),

●     N-Butane (Н-бутан),

●     N-Pentane (Н-пентан),

●     N-Hexane (Н‑гексан).

Вставить перед компонентом N-Pentane (Н-пентан) компонент I‑Pentane (Изопентан). Для сохранения созданного списка компонентов нажать кнопку ОК.

1. Выбор теплофизических свойств смеси

Для выбора термодинамических методов используются команды меню ThermoPhysical (Теплофизические свойства), доступные в режиме моделирования схемы, а также связанные с ними кнопки на панели инструментов:

3.1.    Выбор термодинамических моделей

Термодинамические свойства потоков определяются заданием любых двух параметров из следующих:

– температура;

– давление;

– доля пара (мольная доля отгона).

Чтобы получить точные результаты расчетов, необходимо выбрать метод, наиболее подходящий для данной химической системы. Выбор термодинамических моделей сводится преимущественно к выбору пригодных методов расчета коэффициентов фазового равновесия, энтальпии, энтропии, плотности, вязкости, теплопроводности и поверхностного натяжения содержимого потока. ChemCad содержит примерно 50 методов расчета коэффициентов фазового равновесия (КФР) с различными вариантами и около 12 способов расчета энтальпии.

3.2.    Автоматический выбор модели коэффициентов равновесия

В ChemCad имеется возможность использовать экспертную систему для выбора моделей КФР и энтальпии. Система анализирует компонентный состав и диапазоны термодинамических условий моделирования процесса. Далее проверяется доступность термодинамических данных и выбирается оптимальный метод для решения задачи. Пользователь может отменить любую рекомендацию экспертной системы.

Для работы с экспертной системой используется команда ThemoPhysical/KValue Wizard (Теплофизические свойства/Подбор моделей коэффициентов равновесия). На экран выводится следующее окно, в котором требуется задать диапазоны температур и давлений (заполнить поля) (Рис. 11):

После заполнения нажимается кнопка OK и на экран выводится окно с выбранной системой методом. Затем ChemCad выводит на экран окно «K Value Options»(Модели коэффициентов фазового равновесия), в котором в списке Global K Value Option (Основная модель КФР) установлен выбранный метод (Рис. 12).

3.3.    Выбор модели коэффициентов равновесия

Как уже было отмечено ранее для выбора метода расчета КФР используется команда ThermoPhysical / K Values (Теплофизические свойства/КФР) или кнопка   на панели инструментов. После выполнения команды (или нажатия кнопки) на экран выводится окно «K Value Options»(Модели коэффициентов фазового равновесия), Рис. 12. 

В левом верхнем углу окна расположен список Global K Value Option (Список методов расчета КФР). Просмотр и выбор соответствующей модели из списка выполняются стандартными для приложений Window’s способами. По умолчанию установлена модель SRK (Соаве-Редлиха-Квонга).

При расчете КФР иногда бывает необходимо задать ряд дополнительных условий. Так, опции Ethan/Ethylene(Этан/Этилен), Propan/Propylene (Пропан/Пропилен) позволяют при использовании моделей SRK или Peng-Robinson (Пенга-Робинсона), выбрать Regular (Стандартные) или Special (Специальные) параметры бинарного взаимодействия для систем этан/этилен, пропан/пропилен.

Для ряда соединений, например, карбоновых кислот, необходимо учитывать влияние ассоциации в паровой фазе. Опции Vapor Phase Association (Ассоциация в паровой фазе) позволяют учитывать (или не учитывать) этот эффект.

Использование опции Vapor Fugaсity/Poynting Correction: (Коррекция фугитивности пара по Пойтингу) позволяет проводить коррекцию футитивности паровой фазы в процедуре расчета фазового равновесия. При отсутствии коррекции фугитивности летучесть пара рассчитывается по уравнению состояния SRK. Обычно допустимо пренебрегать коррекцией при низких давлениях паровой фазы.

Опции SRK/PR Alpha function (Соаве-Редлих-Квонг/Пенг-Робинсон Альфа функция) используются при расчете коэффициентов активности для метанольных систем с легкими газами и/или водой. По умолчанию установлены Standartd SRK/PR (Стандартные SRK/PR) уравнения состояния Soave-Redlich-Kwong и Peng-Robinson. Опция Boston-Mathias extrapolation (Экстраполяция Бостон-Матиаса) используется для повышения точности расчета давления паров полярных компонентов.

Опции Global Phase Option: (Опция общая для всех фаз:) позволяют выпол­нить расчет равновесного испарения для всех трех фаз. По умолчанию это Vapor/Liquid/Solid (Пар/Жидкость/Твердое вещество). Они используются только в моделях, предсказывающих образование двух жидких фаз (NRTL или UNIQUAC).

Опции Water/Hydrocarbon Solubility (Растворимость вода/углеводород) используются для расчета коэффициентов равновесия в случае присутствия воды Miscible (Смешиваемой) или Immiscible (Несмешиваемой) с другими компо­нентами. Если вода несмешиваема, то все компоненты, кроме воды, считаются по выбранному методу расчета коэффициентов фазового равновесия. По умолчанию вода с углеводородами не смешивается для моделей равновесия SRK, PR, API SRK (Соаве-Редлих-Квонг Американского института нефти), ESSO (Максвелл-Бонелл) и Grayson Streed (Грейсон Стрид). Для всех других методов со­держащаяся вода перемешана, и на ее растворимости основан выбор модели равновесия.

Для систем, содержащих в разных концентрациях различные соли, в списке Wilson model salt (Позиция соли для модели Wilson) выбирается компонент, обозначенный как соль. Используется для модели Wilson Salt Effect (Солевой эффект Вильсона).

ChemCad позволяет для каждого метода расчета коэффициентов активности использовать до 10 наборов параметров бинарного взаимодействия (ПБВ). При­чем один набор можно использовать в одной части технологической схемы, а другой набор – в другой. Обычно это используется при наличии двух жидких фаз в конденсаторе ректификационной колонны. В поле No. of BIP Sets (Число наборов ПБВ) задается число наборов ПБВ. По умолчанию установлен один набор ПБВ.

В поле Default BIP Set (Набор ПБВ по умолчанию) определяется набор па­раметров бинарного взаимодействия, используемый программой глобально.

Опция Clear all local К Models/BIP's (Стереть все локальные модели КФР/ПБВ) используется для переустановки всех локальных моделей КФР и возврата к глобальной модели.

Опция Set local К Models/BIP's (Локальные модели КФР/модели ПБВ) позво­ляет программе перейти в режим выбора оборудования. Далее можно указать, какую модель равновесия или набор параметров бинарного взаимодействия следует применить для выбранной единицы оборудования.

Опция Set Tray BIP's (Задать ПБВ тарелки) позволяет задать интервал но­меров тарелок и набор параметров бинарного взаимодействия, используемых на данном интервале.

Опция Set Henry components (Задать компоненты, подчиняющиеся зако­ну Генри) используется для задания тех компонентов, которые могут быть рассчитаны по закону Генри.

3.4.    Выбор модели энтальпии

Ранее было показано, что для расчета энтальпии используется команда Thermophysical/Enthalpy (Теплофизические свойства/энтальпия) или кнопка  на панели инструментов. При этом открывается диалоговое окно выбора и настройки методов расчет энтальпии (Рис. 13).

В левом верхнем углу окна Enthalpy Options: (Опции энтальпии:) распо­ложен список Global Enthalphy Option: (Базовая модель энтальпии:). Выбор соответствующей модели энтальпии приводит к использованию ее при расчете всех элементов технологической схемы.

Иногда бывает необходимо в расчетах энтальпии учитывать теплоты раство­рения как функции концентраций раствора, например, при расчете энтальпий по методам SRK, PR, скрытой теплоты и др. Эти данные формируются пользовате­лем в файле с именем: <имя задания>.HTS. Если такой файл создан, то назна­чается опция Use heat of solution file (Использовать файл с данными по теплотам растворения).

Опция Heat of Mixing by Gamma (Теплота смешения по фактору Гамма) позволяет учесть теплоту смешения в тепловом балансе. Она учитывается при расчете ко­эффициента активности.

Список Ideal gas heat capacity: (Теплоемкость идеального газа:) исполь­зуется для выбора Polinomial (Полиномиального) или DIPPR уравнений в расчетах теплоемкости газа при использовании ряда моделей энтальпии.

Для возврата всех локальных моделей энтальпии обратно к базовой мо­дели используется опция Clear all local H models (Удалить все локальные моде­ли энтальпии).

Опция Specify local H models (Определить локальные модели энтальпии) позволяет определить различные модели для выбранных единиц оборудования технологической схемы.

3.5.    Выбор транспортных свойств

Для расчета транспортных свойств потоков процесса используется команда ThermoPhisical/Transport Properties (Теплофизические данные/Транспортные свойст­ва). На экран выводится окно Transport Properties (Транспортные свойства) со списками моделей расчета транспортных свойств потоков, Рис. 14:

Liquid density model (Модель плотности жидкости) – модели расчета
плотности жидкости. По умолчанию установлен Library (Библиотечный) ме­тод.

Liquid viscosity model (Модель вязкости жидкости) – модели расчета вязкости жидкости. По умолчанию установлен Library (Библиотечный) метод.

Vapor viscosity model (Модель вязкости пара) – модели расчета вязкости
пара. По умолчанию установлен Library (Библиотечный) метод.

Liquid surface tension model (Модель поверхностного натяжения жидко­сти) – модели расчета поверхностного натяжения жидкости.

Liquid thermal conductivity model   (Модель теплопроводности жидко­сти) – модели расчета теплопроводности жидкости.

Vapor thermal conductivity model (Модель теплопроводности пара) – модели расчета теплопроводности пара. По умолчанию установлен Library (Библиотечный) метод.

Vapor conductivity correlation ( > 1 atm) (Корреляционная модель теплопров. ( > 1 атм)) – модели для коррекции теплопроводности пара при дав­лении выше 1 атм. По умолчанию установлен Stiel-Thodos (Метод Стиеля-Тодеса).

Для ввода поправки на давление в уравнении вязкости жидкости и пара на­значаются опции Liquid viscosity pressure correction (Коррекция давления вязкости жидкости) и Dean-Stiel Pressure Correction (Коррекция давления по Дину-Стиелю).

3.6.    Упражнение. Выбор методов расчета коэффициентов фазового равновесия и энтальпии

1. В задании TUTOR выбрать методы расчета констант фазового равновесия и энтальпии. Для выбора наилучшего метода расчета констант фазового равновесия использовать Wizard систему (автоматизированное заполнение).
2. Выполнить команду ThermoPhisical/K Value Wizard (Теплофизические данные/автозаполнение коэффициентов фазового равновесия), в окне Thermodynamic Suggestions (Термодинамические рекомендации) в поля Temperature Min (Температура мин.), Temperature Мах (Температура макс.), Pressure Min (Давление мин.), Pressure Max (Давление макс.) ввести соответственно минимальные и максимальные значения температуры и давления. Сохранить данные, нажав кнопку ОК. Просмотреть рекомендации системы. Мы хотим использовать модель Peng-Robinson (Пенга-Робинсона), поэтому в окне К Value Options выбрать эту модель.
3. Для расчета энтальпии выполнить команду ThermoPhisical/Enthalpy (Теплофизические данные/Энтальпия). Убедиться, что программа автоматически установила для расчета энтальпии тот же метод, который был выбран для расчета коэффициентов фазового равновесия. Сохранить данные, нажав кнопку ОК.

1. Задание параметров потоков питания и разрываемых потоков

Следующим этапом является задание параметров потоков питания и разры­ваемых потоков. Термодинамическое состояние потока определяется любыми двумя параметрами из трех следующих: температуры, давления и долей пара; обычно задаются температура и давление. При задании всех трех параметров ChemCad выводит сообщение об избыточном определении потока. Для каждого потока питания нужно задать расход по всем веществам, включенным в список компонентов, либо задаться суммарным расходом компонентов и их концентра­циями.

Если в схеме присутствуют рецикловые (разрываемые) потоки, то для расче­та схемы используется итерационный процесс. В этом случае задание началь­ных приближений параметров разрываемых потоков не обязательно, программа принимает в их качестве нулевые значения. Однако удачный подбор отличных от нуля начальных приближений может ускорить сходимость.

Задание параметров потока можно выполнить следующими способами: два­жды щелкнуть левой клавишей мыши на интересующем потоке; использовать команду контекстного меню Edit Unit Op Streams (Редактирование потоков единицы оборудования) для задания параметров потоков выбранной единицы оборудования; с помощью команд меню Specifications (Спецификации). Зада­ние параметров потоков выполняется в режиме Mode: Simulation. Рассмотрим команды меню Specifications.

Команда Select Streams (Выбор потоков) позволяет выбирать интересую­щие потоки технологической схемы. После выполнения команды на экран вы­водится окно Select Streams для ввода ID номера потока. Этот номер можно либо непосредственно ввести в поле, либо щелчком на нужном потоке, и его номер появится в поле окна. После нажатия кнопки ОК на экран выводится окно Edit Streams (Редактирования потоков), Рис. 15:

Ввод данных по составу и параметрам состояния потока выполняется в соответствующие поля и завершается каждый раз нажатием клавиши [ENTER]. Данные можно редактировать и удалять. Кнопка Flash (Однократное испарение) используется для расчета равновесного состояния параметров паровой и жидкой фаз: состава, температуры и давления. Кнопка Comp List (Список комп.) выводит на экран текущий список компонентов. Окно Edit Streams может охватывать все выбранные на технологической схеме потоки. После определения всех параметров потока нажимается кнопка ОК.

Все последующие команды меню Specifications, относящиеся к заданию па­раметров потоков, выполняются аналогично команде Select Streams и позволя­ют:

– Feed Streams (Потоки питания) автоматически выбрать все потоки питания
технологической схемы;

– Cut Streams (Разрываемые потоки) редактировать разрываемые потоки
технологической схемы;

– Copy Stream (Копирование потока) копировать все данные, относящиеся к
одному потоку, в другой поток. Для этого надо в окне Copy Stream (Копи­руемый поток) в полях Copy Stream (Копировать поток) to (В) ввести, соответственно, номера исходного потока и потока, в который будут копироваться данные;

– Select Cut Streams (Выбрать разрываемые потоки) переопределить раз­рываемые потоки технологической схемы;

– Reset Cut Streams (Восстановить исходные разрываемые потоки) восстановить исходные номера и состояние разрываемых потоков.

1.  Упражнение. Задание параметров потока питания
   1. В задании TUTOR определить параметры потока питания. Для этого выполнить команду Specifications/Feed streams (Спецификации/Выбор потоков питания). В окне Edit Streams (Редактирование потоков) в соответствующие поля ввести значения параметров состояния, температуры, давления и состав потока питания (см.Рис. 15).
   2. Для расчета данных нажать кнопку Flash.
   3. Для сохранения данных нажать кнопку ОК.

1.  Выбор параметров сходимости для расчета схем с рециклами

По умолчанию расчетные единицы (модули) оборудования в ChemCad'e рассчитываются последовательно. Каждый модуль принимает входные потоки, заданные в топологии, и вычисляет выходные потоки, используя параметры оборудования, задаваемые пользователем. При наличии рециклов программа решает задачу итерационно до тех пор, пока параметры потоков не станут неиз­менными с заданной точностью в двух последовательных итерациях. Скорость сходимости итерационного процесса регулируется параметрами сходимости.

Для выбора параметров сходимости используется команда Run/Convergence (Счет/Сходимость), доступная в режиме Mode: Simulation. На экран выводит­ся окно Convergence Parameters (Параметры сходимости), Рис. 16:

Область Recycle Convergence Methods (Методы сходимости рециклов) содержит опции, позволяющие выбрать Convergence Method: (Метод сходимости:) и задать дополнительно параметры, соответствующие выбранному методу.

В качестве метода сходимости в программе используются: метод Direct substitution (Простой итерации), метод Wegstein (Вегстейна) и Dominant Eigenvalue (DEM) (Доминирующего собственного значения). По умолчанию установлен метод Direct Substitution.

For Wegstein method only: (Только для метода Вегстейна:) задаются соот­ветственно Wegstein lower bound (Нижняя граница) и Wegstein upper bound (Верхняя граница) – нижний предел (по умолчанию установлено значение -5.0) и верхний предел для параметра q. Чем более отрицательно q, тем больше ускорение. Если расчет рецикла стабилен, то нижняя граница для q может быть от –10 до –50.

Соответственно For DEM method only: (Только для метода DEM:) указы­вается DEM damping factor (Демпфирующий фактор DEM) - коэффициент затухания, который контролирует количество вычислений на каждой итерации. Демпфирующий фактор должен быть в пределах от 0 до 1. По умолчанию он равен 0.7.

Для ускорения сходимости в методе Вегстейна и в методе доминирующего собственного значения необходимо задать Speed up frequency (Частоту уско­рения). Величина этого параметра, равная по умолчанию 4, означает, что уско­рение по методу доминирующего собственного значения будет использовано на каждой четвертой итерации.

При расчете сходимости рециклов и оценке относительных ошибок на двух последовательных итерациях используются пять погрешностей. Если относи­тельные разности в параметрах одного и того же потока (расход, температура, давление, доля пара, энтальпия) на двух последовательных итерациях меньше заданных погрешностей или погрешностей по умолчанию, то считается, что поток «сошелся». Если все потоки в технологической схеме сошлись, задача решена.

В области Recycle Tolerances (Погрешности рециклов) перечислены оп­ции, с помощью которых задается точность вычислений следующих величин:

– Flow rate (Расхода компонента);

– Temperature (Температуры);

– Pressure (Давления);

– Vapor fraction (Доли пара);

– Enthalpy (Энтальпии).

По умолчанию точность для всех величин принимается равной 1.0E-003.

При Flash calculations (Расчете испарения) в списке Flash algorithm: (Ал­горитм расчета испарения:) выбирается алгоритм расчета для Normal (Обыч­ных) смесей или Electrolyte (Электролитов).

Далее задаются параметры:

Flash damping factor (Демпфирующий фактор испарения) – коэффици­
ент затухания для расчета коэффициентов равновесия. По умолчанию для
нормальных систем установлено значение 1.0.

Flash tolerance (Погрешность) – допустимая погрешность при расчете ис­
парения (по умолчанию установлено значение 1.0E-005).

В списке Calculation sequence (Последовательность расчета) выбирается метод, применяемый для построения последовательности расчета:

–            Sequential (Последовательный): последовательный расчет (установлен
по умолчанию). В этом режиме параметры всегда берутся из данных, относящихся к единицам оборудования, т.е. входные потоки должны быть зада­ны. Если в схеме присутствуют рециклы, то все рециклы будут рассчиты­ваться до тех пор, пока не будет достигнута сходимость.

– AutoCalc (Автоматический расчет): расчет производится автоматически при любом изменении данных.

В списке Steady State/Dynamics (Статическое/Динамическое) выбирается состояние системы: SteadyState (Статика) или Dynamics (Динамика).

Для вывода показателей сходимости на каждой итерации назначается опция Display trace window (Отображать трассировку).

Опция Generate run history (Генерировать протокол моделирования) ис­пользуется для запоминания информации, выводимой на экран во время выпол­нения расчета и просмотра этой информации.

Для запрета пользовательской взаимосвязи в момент выполнения моделиро­вания используется опция Disable user interaction during simulation (Блокиро­вать пользовательскую взаимосвязь при моделировании). При установленном флажке прерывание процесса расчета пользователем становится невозможным.

1.  Упражнение. Выбор параметров сходимости
   1. В задании TUTOR задать параметры сходимости. Для этого выполнить команду Run/Convergence (Расчет/Сходимость). В окне Convergence Parameters (Параметры сходимости) в области Recycle Convergence Method (Метод сходимости рециклов) выбрать метод Wegstein (Вегстейна). В поле Speed up frequency (Частота ускорения) задать частоту ускорения равную 3. В списке Calculation sequence: (Последовательность расчета) выбрать Sequential (Последовательный) метод расчета.
   2. Для сохранения введенных параметров нажать клавишу ОК.

1.  Упражнение. Ввод параметров оборудования
   1. В задании TUTOR выполнить ввод параметров аппаратов технологической схемы стабилизации газового конденсата. Для вывода на экран окна ввода параметров аппарата использовать разные способы: команду Specifications/Select Unit Ops (Спецификация/Выбор оборудования), двойной щелчок левой клавиши мыши на пиктограмме аппарата, команду контекстного меню Edit Unit Op Data (Редактирование данных единицы обо­ру­до­ва­ния).
   2. Для теплообменника №2. (См. Рис. 17). Выбрать раздел Specifications (Спе­ци­фи­ка­ция), в поля Pressure Drops: (Перепад давления) ввести значения перепада давления между входом и выходом для обеих сторон теплообменника: для Stream1 (Потока 1) – 0.3 бар (bar), для Stream4 (Потока 4) – 0.3 бар (bar). В поле Vapor fraction stream 2 (Доля отгона пара потока 2) задать точку росы равной 1.0.

1. Сохранить данные, нажав кнопку ОК.
2. Для теплообменника №3. (См. Рис. 18). Выбрать раздел Specifications (Спецификации), в поле Pressure Drop ввести значение перепада давления, равное  0.3 бар (bar), в поле Temperature of stream 3 (Температура потока 3) ввести значение  –20.0°С.

1. Для сепаратора. В данном примере сепаратор по умолчанию используется как устройство контакта фаз при температуре и давлении входного потока, и поэтому  не нуждается в какой-ли­бо спе­ци­фи­ка­ции.
2.  Для клапана. (См. Рис. 19). Давление на выходе из клапана соответствует 9 бар (bar).  В окне ввода параметров в поле Outlet pressure (Давление на выходе) ввести значение 9 бар (bar).

1.  Для стабилизатора. Выбрать вкладку General (Общая конфигурация) – см. Рис. 20 – и ввести  значения следующих параметров:

В списке Condenser type (Тип конденсатора) установить тип конденсатора - 0 Total or no condenser (0 полный конденсатор или нет конденсатора).

В поле Top pressure (Давление вверху) ввести значение 9 бар (bar). В поле Colm press drop (Перепад давления в колонне) ввести значение перепада давления в колонне  0.3 бар (bar).

В поле No. of stages (Число тарелок) задать число тарелок равное 12. Рядом с полем Feed tray for stream (Тарелка питания для потока) выводится ID номер потока питания (на схеме это поток 7), а непосредственно в поле надо задать расположение тарелки питания - это тарелка номер 1.

1. После завершения ввода параметров во вкладке General перейти на следующую вкладку Specifications (Спецификации) – см. Рис. 21.

В списке Select reboiler mode: (Выбор режима для куба) указать расход кубового потока колонны: 11 Bottom mass flowrate (11 Массовый расход кубовой жидкости). В поле Specification (Значение) ввести значение расхода 1000.0 кг/ч (kg/hr).

1. После завершения ввода параметров во вкладке Specifications перейти во вкладку Convergence (Сходимость) – см. Рис. 22.

 В поле Т top (Т наверху) ввести значение температуры 40.0°С, а в поле Т bottom (Т внизу) значение 120.00 °С.