Tin học ứng dụng trong công nghệ hóa học C6B hysys gas processing steady state vn 74

Computer-Aided Chemical
Engineering
An Introduction to Process Simulation
- HYSYS -

C6b. Thí dụ Xử lý khí (tiếp)


Mục lục
1. Sử dụng sơ đồ PFD
2. Trạng thái tính toán
3. Cài đặt thiết bị làm mát Chiller
4. Cài đặt thiết bị phân tách nhiệt độ thấp LTS
5. Khai báo thông số cho thiết bị trao đổi nhiệt
6. Kiểm tra điểm đọng sương của khí thành phẩm
7. Cài đặt thiết bị trộn dòng thứ hai
8. Cài đặt tháp
9. Khai báo thông số cho tháp
10. Thực hiện tính toán tháp
11. Di chuyển đến sơ đồ con của tháp
12. Kết quả
13. Sử dụng Object Navigator
14. Sử dụng Databook
15. Khảo sát tùy chọn
16. Cài đặt thiết bị Adjust để tính toán nhiệt độ của thiết bị LTS
17. Kết quả khảo sát (Compositions)
2


Sử dụng sơ đồ PFD

Ngoài sổ Workbook, sơ đồ PFD là một cửa sổ gốc (home view) khác trong môi
trường Simulation.
Để mở PFD, hãy ấn biểu tượng PFD trên thanh button bar.
Hạng mục PFD xuất hiện trong HYSYS menu bất kỳ khi nào PFD được
chọn.

cả
thiết bị. Nếu
hãy chọn Auto
All trong hạng
PFD của menu item.

chúng
lý tùy theo
thiết lập của flowsheet.

PFD của chúng ta sẽ xuất
hiện như H. 51, có tất
các dòng và
không,
Position
mục
HYSYS sẽ hiển thị các dòng
và thiết bị, sắp xếp
theo cách hợp
cách
3


Sử dụng sơ đồ PFD

Là một biểu diễn đồ họa của flowsheet, sơ đồ FPD trình bày các kết nối giữa các
dòng và thiết bị, cũng được gọi là giữa “các đối tượng”. Mỗi đối tượng được biểu
diễn bằng một ký hiệu hay là “biểu tượng (icon)”. Một biểu tượng dòng là một mũi
tên chỉ theo hướng của dòng, trong khi một biểu tượng thiết bị là một hình vẽ đồ
họa biểu diễn một thiết bị vật lý thực tế. Tên của đối tượng hay là “nhãn (label)”,
xuất hiện bên cạnh mỗi biểu tượng.
Giống như bất kỳ cửa sổ không ở dạng modal, cửa sổ PFD có thể chỉnh lại kích
thước bằng cách click vào và kéo (drag) đường biên ngoài. Đối với các chức năng
khác có thể thực hiện khi sơ đồ PFD ở trạng thái hoạt động, ta có thể :
- Truy cập các lệnh và tính năng thông qua thanh Button Bar của sơ đồ PFD.
- Mở cửa sổ property đối với một đối tượng bằng cách double-click vào biểu tượng của đối
tượng này.
- Di chuyển một đối tượng bằng cách click và kéo (drag)
đối tượng này đến vị trí mới.
- Truy cập các thông tin tóm tắt kèm theo (fly-by) đối với một
đối tượng chỉ đơn giản bằng cách đặt con trỏ lên đối tượng đó.
- Thay đổi kích thước của một biểu tượng (icon) bằng cách ấn nút Size button,
click vào biểu tượng, rồi kéo các ô điều khiển kích thước (sizing “handles”)
đang xuất hiện.
- Hiển thị menu Object Inspection đối với một đối tượng bằng cách đặt con trỏ lên
đối tượng đó và ấn nút chuột phụ (secondary). Menu này cho phép truy cập một
số các lệnh liên quan đến một đối tượng cụ thể.
- Phóng to và thu nhỏ, hay hiển thị toàn bộ flowsheet trong cửa sổ PFD bằng cách
4
ấn các nút windowZoom ở góc dưới bên trái của cửa sổ PFD.


Trạng thái tính toán

Trước khi tiếp tục, một tính năng của sơ đồ PFD sẽ được mô tả, cho phép
ta theo dõi trạng thái tính toán của các đối tượng trong flowsheet. Quay lại
hộp biểu thị trạng thái tại đáy của cửa sổ property đối với một dòng hay
thiết bị. Hộp biểu thị này hiển thị ba trạng thái khác nhau đối với một đối
tượng :
Trạng thái màu đỏ: Một phần thông tin xác định chính yếu còn thiếu đối
với đối tượng. Thí dụ, dòng nhập liệu hay sản phẩm không được kết nối
với một SEPARARTOR. Hộp biểu thị trạng thái sẽ có màu đỏ, và một
thông điệp cảnh báo tương ứng sẽ được hiển thị.
Trạng thái màu vàng: Tất cả các thông tin xác định chính yếu đã có,
nhưng dòng và thiết bị chưa được tính toán vì còn có một hay nhiều bậc tự
do. Hộp biểu thị trạng thái sẽ có màu vàng, và một thông điệp cảnh báo
tương ứng sẽ được hiển thị.
Trạng thái màu xanh : Dòng và thiết bị đã được xác định và tính toán hoàn
chỉnh. Hộp biểu thị trạng thái sẽ có màu xanh, và một thông điệp OK sẽ
được hiển thị.
Hãy nhớ rằng đây là các màu mặc định của HYSYS; ta có thể thay đổi các màu này
5
trong Session Preferences.


Trạng thái tính toán

Khi chúng ta đang ở trong PFD, các dòng và thiết bị được “mã hóa bằng
màu” để biểu thị trạng thái tính toán. Thiết bị trộn và thiết bị phân tách đầu
vào đã được tính toán hoàn chỉnh, do đó các thiết bị này được hiển thị với
màu tương ứng. Tuy nhiên, đối với thiết bị trao đổi nhiệt Gas/Gas, điều kiện
của dòng đầu ra phía ống và cả hai dòng phía vỏ là chưa biết. Do đó, thiết
bị trao đổi nhiệt này có đường viền màu vàng biểu thị trạng thái tính toán
hiện thời của thiết bị này.

Một sơ đồ màu tương tự được sử dụng để biểu thị trạng thái của các dòng:
- Đối với các dòng vật chất: Một biểu tượng màu xanh đậm biểu thị dòng
đã được tính toán và hoàn toàn tường minh; Một biểu tượng màu xanh nhạt
biểu thị dòng vật chất không thể tính toán được cho đến khi cung cấp một
số thông tin bổ sung.
- Đối với các dòng năng lượng: Một biểu tượng màu đỏ đậm được dùng đối
với dòng năng lượng có công suất tải đã biết, trong khi một biểu tượng màu
đỏ nhạt biểu thị cho trường hợp công suất tải chưa biết.
Để ý rằng các biểu tượng đối với tất cả các dòng đã cài đặt cho đến thời điểm này
có màu xanh đậm, ngoại trừ các dòng phía vỏ LTSVap và SalesGas, và dòng đầu ra
phía ống CoolGas đối với thiết bị HEAT EXCHANGER.
6


Cài đặt thiết bị làm mát Chiller

Thiết bị làm mát Chiller sẽ được mô hình như là một COOLER. Ta có thể
cài
đặt các dòng hay thiết bị bằng cách lấy chúng ra từ bảng Object Palette
đưa vào PFD. Hãy chắc rằng bảng Object Palette đã hiển thị; nếu không,
hãy ấn <F4>. Thiết bị Chiller sẽ được thêm vào phía phải của thiết bị LTS,
nên
hãy
để dành một số khoảng trống bằng cách cuốn sang bên phải nhờ thanh
cuốn ngang. Để cài đặt và kết nối thiết bị Chiller:
110. n nút Cooler trên bảng Object Palette.
Nếu ta nhấn nhầm nút, hãy ấn nút Cancel.
111. Đặt con trỏ lên sơ đồ PFD. Con trỏ sẽ biến thành con trỏ đặc biệt với
dấu cộng (+) gắn
kèm với con trỏ.

Biểu tượng này
biểu thị vị trí của
biểu tượng thiết bị.
(H. 52)

7


Cài đặt thiết bị làm mát Chiller

112. Click để “đưa” thiết bị COOLER vào sơ đồ PFD. HYSYS sẽ tạo lập
một COOLER mới với tên mặc định, E-100. Để ý rằng COOLER này có
màu đỏ, biểu thị rằng cần có các dòng nhập liệu và dòng sản phẩm.
113. n nút Attach Mode trên thanh công cụ PFD để vào chế độ
Attach. Nút Attach Mode sẽ có bóng (shading) khác thể hiện rằng
nút đã được “ấn”.
114. Đặt con trỏ lên đầu mút bên phải của biểu tượng dòng CoolGas. Một
hộp nhỏ trong suốt sẽ xuất hiện ở đầu mút con trỏ. Xuyên qua hộp trong
suốt, ta sẽ thấy một điểm kết nối hình vuông, và một hộp mô tả dạng popup (bật ra) sẽ được gắn kèm vào đuôi con trỏ. Mô tả pop-up “Out” biểu thị
phần của dòng sẵn sàng để kết nối, trong trường hợp này là đầu ra của
dòng.
115. Khi mô tả pop-up “Out” đã xuất hiện, hãy ấn và giữ nút chuột chính.
Hộp trong suốt sẽ biến thành hộp màu đen, biểu thị rằng ta đang bắt đầu
một kết nối. (H. 53)
Khi ta đang ở chế độ Attach, ta không thể di
chuyển các
đối tượng trong sơ đồ PFD. Để
quay lại chế độ Move, hãy ấn nút Attach một
lần nữa. Ta có thể tạm thời

chuyển qua lại
giữa các chế độ Attach và Move bằng cách
8
giữ và nhấn phím Ctrl.


Cài đặt thiết bị làm mát Chiller

116. Di chuyển con trỏ về phía trái (đầu vào) của thiết bị COOLER. Một
đường vết (trailing line) sẽ xuất hiện giữa biểu tượng dòng CoolGas và con
trỏ, và một điểm kết nối sẽ xuất hiện tại đầu vào của thiết bị COOLER.
117. Đặt con trỏ vào điểm kết nối, và đường vết sẽ
nhập (snap) vào điểm này. Đồng thời, một hộp màu trắng
sẽ xuất hiện tại ở đầu mút con trỏ, biểu thị điểm đầu mút
được chấp nhận cho việc kết nối (H. 54).
118. Nhả nút chuột chính, và việc kết nối được thực hiện
với điểm kết nối tại đầu vào của thiết bị COOLER.
119. Đặt con trỏ lên đầu phải của biểu tượng COOLER. Điểm kết nối và
mô tả “Product” sẽ xuất hiện.
120. Khi mô tả pop-up đã xuất hiện, hãy click và giữ nút chuột chính. Một
lần nữa, hộp trong suốt sẽ biến thành hộp màu đen.
121. Di chuyển con trỏ đến phía phải của thiết bị COOLER.
Một biểu tượng dòng lớn sẽ xuất hiện, với đường vết gắn với đầu ra của
COOLER (H. 55). Biểu tượng dòng biểu thị rằng
một dòng mới sẽ được tạo lập khi ta kết thúc
bước 122.

9

Cài đặt thiết bị làm mát Chiller

122. Khi biểu tượng dòng lớn đã xuất hiện, hãy nhả nút chuột chính.
HYSYS sẽ tạo lập một dòng mới với tên mặc định 1.
123. Lặp lại các bước 119-122 để tạo lập dòng năng lượng của thiết bị
COOLER, khởi đầu việc kết nối từ đầu mũi tên trên biểu tượng COOLER.
Dòng mới sẽ được tự động đặt tên là Q-100, và thiết bị COOLER sẽ có
trạng thái màu vàng (cảnh báo). Trạng thái này biểu thị rằng mọi kết nối
cần thiết đã được thực hiện, nhưng các dòng kết nối chưa hoàn toàn tường
minh. (H. 56)
124. n nút Attach Mode một lần nữa để quay
về chế độ Move. Nút Attach Mode sẽ trở lại
hình dáng bình thường.
Nếu ta thực hiện kết nối sai :
n nút Break Connection trên thanh PFD button bar.
Di chuyển con trỏ lên dòng nối hai biểu tượng. Một ký hiệu chọn (check mark) gắn
với con trỏ sẽ xuất hiện, biểu thị một kết nối hiện có cần hủy bỏ.
Click lần nữa để hủy bỏ kết nối.
10


Cài đặt thiết bị làm mát Chiller

Các dòng vật chất của thiết bị COOLER, cũng như dòng năng lượng, là
chưa tường minh vào thời điểm này, do đó tương ứng chúng có màu xanh
nhạt và đỏ nhạt. Double-click vào biểu tượng COOLER để mở cửa sổ
property của thiết bị này. Trên trang Connection page, để ý rằng tên của
các dòng đầu vào, đầu ra và dòng năng lượng đã kết nối trước đây, xuất
hiện trong các ô tương ứng.
125. Thay đổi Name của thiết bị từ tên mặc định sang Chiller (H. 57).

126. Click vào trang Parameters,
và thiết lập Pressure Drop là
10 psi (H. 58).

127. Khi chúng ta tiến hành xong,
hãy đóng cửa sổ này lại.

11


Cài đặt thiết bị làm mát Chiller

Vào thời điểm này, thiết bị Chiller có hai bậc tự do; một bậc tự do sẽ được
giải quyết khi HYSYS tính toán dòng CoolGas sau khi độ tiếp cận nhiệt độ
của thiết bị trao đổi nhiệt được thiết lập. Để sử dụng bậc tự do còn lại, có
thể thiết lập hoặc là nhiệt độ đầu ra của Chiller, hoặc là tải lượng nhiệt
trong Chiller. Tải lượng nhiệt làm mát hiện có là chưa biết, do đó “phỏng
đoán” ban đầu là 0oF cho nhiệt độ đầu ra của Chiller sẽ được tiến hành.
Sau này, nhiệt độ này sẽ được điều chỉnh để có nhiệt độ điểm sương của
khí thành phẩm như mong
muốn.
128. Double-click vào biểu tượng của
dòng đầu ra (1) để mở cửa sổ property
của dòng này. Đổi Name từ tên mặc định
thành ColdGas, rồi thiết lập một nhiệt độ
là 0oF. Bây giờ, bậc tự do còn lại đối với
dòng này đã được sử dụng, nên HYSYS
tính toán ColdGas để xác định các tính
chất còn lại của dòng. n nút Close
để quay về sơ đồ PFD. Thiết bị Chiller vẫn

có màu vàng, vì nhiệt độ của CoolGas là
chưa biết.
12


Cài đặt thiết bị làm mát Chiller
129. Double-click vào biểu tượng
của dòng năng lượng (Q-100) để
mở cửa sổ property của dòng này
(H. 60).
Tải lượng nhiệt làm mát cần thiết
(trong ô Heat Flow) được HYSYS
tính toán khi độ tiếp cận nhiệt độ
của thiết bị HEAT EXCHANGER
được thiết lập.
130. Đặt lại tên dòng này là
C3Duty, rồi đóng cửa sổ.

Bây giờ thiết bị làm mát chiller đã được cài đặt, bước kế tiếp là cài đặt
thiết bị phân tách nhiệt độ thấp (LTS) để phân tách khí và chất lỏng
13
ngưng tụ trong dòng ColdGas.


Cài đặt thiết bị phân tách nhiệt độ thấp LTS
Để cài đặt và kết nối thiết bị SEPARATOR:
131. Để dành một khoảng trống phía bên phải của thiết bị Chiller bằng
cách sử dụng thanh cuốn ngang.
132. Đặt con trỏ lên nút Separator trên bảng Object Palette.
133. n và giữ nút chuột phụ.

134. Đặt con trỏ lên sơ đồPFD, phía bên phải của thiết bị Chiller. Con trỏ
sẽ biến thành con trỏ đặc biệt dạng “điểm đen bulls-eye”. Điểm đen bullseye biểu thị vị trí của biểu tượng thiết bị.
135. Nhả nút chuột phụ để “đưa” thiết bị SEPARATOR vào sơ đồ PFD.
HYSYS sẽ tạo lập một thiết bị SEPARATOR mới với tên mặc định V-100.
136. n nút Attach trên thanh công cụ PFD để vào chế độ Attach.
137. Đặt con trỏ lên đầu mút phải của biểu tượng dòng ColdGas. Điểm kết
nối và mô tả pop-up “Out” sẽ xuất hiện.
138. Khi mô tả pop-up xuất hiện, click và giữ nút chuột chính.
139. Di chuyển con trỏ về phía bên trái (đầu vào) của thiết bị SEPARATOR,
và các điểm kết nối sẽ xuất hiện tại đầu vào của thiết bị SEPARATOR.
14


Cài đặt thiết bị phân tách nhiệt độ thấp LTS

140. Đặt con trỏ gần khu vực đầu vào của thiết bị SEPARATOR, và một
hộp trắng sẽ xuất hiện tại đầu mút con trỏ (H. 61).
141. Nhả nút chuột chính, và việc kết nối sẽ được
thực hiện.
Thiết bị SEPARATOR có hai dòng đầu ra, lỏng và
hơi. Dòng hơi đầu ra LTSVap đã được tạo lập,
chính là dòng đầu vào phía vỏ đối với Gas/Gas.
Dòng lỏng đầu ra sẽ là một dòng mới.
Để hoàn tất việc kết nối đối với thiết bị SEPARATOR:
142. Đặt con trỏ lên đỉnh của biểu tượng SEPARATOR. Điểm kết nối và mô
tả pop-up “Vapour Product” sẽ xuất hiện.
143. Khi mô tả pop-up xuất hiện, click và giữ nút chuột chính.
144. Di chuyển con trỏ về phía biểu tượng dòng LTSVap, và nột điểm kết
nối sẽ xuất hiện đầu vào của dòng này.
145. Đặt con trỏ lên biểu tượng dòng

LTSVap, và một hộp trắng sẽ xuất
hiện tại đầu mút con trỏ .
146. Nhả nút chuột chính, và việc kết
15
nối sẽ được thực hiện (H. 62).


Cài đặt thiết bị phân tách nhiệt độ thấp LTS

147. Đặt con trỏ vào đáy của biểu tượng SEPARATOR. Điểm kết nối và mô
tả pop-up “Liquid product” sẽ xuất hiện.
148. Khi mô tả pop-up xuất hiện, click và giữ nút chuột chính.
149. Di chuyển con trỏ về phía phải của thiết bị SEPARATOR. Một biểu
tượng dòng lớn sẽ xuất hiện, với đường vết gắn với đầu lỏng ra của thiết bị
SEPARATOR.
150. Khi biểu tượng dòng lớn xuất hiện, hãy nhả nút chuột chính. HYSYS
sẽ tạo lập một dòng mới với tên mặc định 1.
151. Ấn nút Attach để rời khỏi chế độ Attach.
152. Double-click vào biểu tượng dòng (1) để mở cửa sổ property của dòng
này.
153. Nhập tên mới LTSLiq vào ô Name, rồi nhấn nút Close.
Bây giờ khi các kết nối LTS đã hoàn tất, hãy chọn Auto Position All trong
hạng mục menu PFD. Sơ đồ PFD sẽ xuất hiện tương tự như H. 63 trong
slide kế tiếp.
154. Double-click vào biểu tượng của thiết bị mới SEPARATOR (V-100) để
mở cửa sổ property của thiết bị này. Đổi tên từ tên mặc định sang LTS, rồi
nhấn nút Close.
Tại thời điểm này, các dòng đầu ra từ thiết bị trao đổi nhiệt Gas/Gas vẫn
chưa biết.
16

Cài đặt thiết bị phân tách nhiệt độ thấp LTS
H. 63

Bây giờ, dòng LTSVap và LTSLiq đã biết, được thể hiện trên sơ đồ PFD là màu của
chúng đổi từ xanh nhạt sang xanh đậm.
17


Cài đặt thiết bị phân tách nhiệt độ thấp LTS
155. Double-click vào biểu tượng Gas/Gas để mở cửa sổ property của
thiết bị trao đổi nhiệt, rồi di chuyển đến trang Specs page trên thẻ tab
Design (H. 64).

18


Khai báo thông số cho thiết bị trao đổi nhiệt
Trang Specs cho phép ta nhập thông số đối với thiết bị HEAT
EXCHANGER và hiển thị trạng thái tính toán của thiết bị này. Nhóm Solver
trong trang này cho thấy có hai (2) Unknown Variables và một (1) Number
of Constraints, vậy Degrees of Freedom còn lại là một (1). HYSYS đưa ra
hai ràng buộc mặc định trong nhóm Specifications, mặc dù chỉ một trong
chúng có ý nghóa.
- Cân bằng nhiệt (Heat Balance): Nhiệt tải phía ống và phía vỏ phải bằng
nhau, vậy cân bằng nhiệt phải bằng zero (0).
- UA: Đây là tích số giữa hệ số trao đổi nhiệt tổng thể (U) và diện tích bề
mặt trao đổi nhiệt. HYSYS không đưa ra giá trị UA mặc định, vậy giá trị
này là chưa biết tại thời điểm hiện hành. Giá trị này sẽ được HYSYS tính

toán khi một ràng buộc khác được đưa ra.
Khai báo thông số của thiết bị trao đổi nhiệt
Để giải quyết bậc tự do còn lại, độ tiếp cận nhiệt độ tối thiểu là 10 oF cho
đầu ra phía nóng của thiết bị trao đổi nhiệt sẽ được thiết lập. Để tạo lập
thông số này:
156. n nút Add, và cửa sổ ExchSpec (Exchanger Specification) sẽ xuất
hiện.
19


Khai báo thông số cho thiết bị trao đổi nhiệt
157. Đổi Name từ tên mặc định sang Hot Side
Approach. Thông số Type mặc định là Delta
Temp, điều này cho phép ta thiết lập độ chênh nhiệt
độ giữa hai dòng một cách tường minh. Các ô
Stream (+) và Stream (-) tương ứng với các dòng
nóng và dòng lạnh.
158. Trong ô Stream (+), hãy chọn SepVap trong
danh mục rơi ở thanh Edit Bar. (H. 65).
159. Trong ô Stream (-), hãy chọn SalesGas trong
danh mục rơi ở thanh Edit Bar.
160. Nhập 10 (oF) vào ô Spec Value (H. 66).
HYSYS sẽ hội tụ cả hai thông số này và các dòng
chưa biết sẽ được tính toán.
161. n nút Close để trở lại cửa sổ property Gas/Gas.
Thông số mới sẽ xuất hiện trong nhóm Specification
ở trang Specs page.
20