Mô phỏng trạng thái ổn định (TIN học ỨNG DỤNG) (chữ biến dạng do slide dùng font VNI times, tải về xem bình thường)

Computer-Aided Chemical
Engineering
####
- HYSYS C4. Khái niệm cơ bản
(Mô phỏng trạng thái ổn
định)


Mục lục
1. Các khái niệm cơ bản, thống nhất
1.1 Kiến trúc dạng Sơ đồ (Flowsheet)
1.2 Di chuyển đa sơ đồ (Multi-Flowsheet Navigation)
1.3 Các Môi trường (Environment): (1) Môi trường cơ sở; (2)
Môi trường mô tả tính chất đối với dầu; (3) Môi trường
Sơ đồ chính; (4) Môi trường Sơ đồ con; (5) Môi trường Tháp
– Column (tương tự Môi trường Sơ đồ con)
Mối quan hệ giữa các Môi trường
2. Sáu bước để xây dựng một Mô phỏng
3. Các phần tử giao diện căn bản
4. Qui ước
4.1 Các từ khóa đối với việc sử dụng chuột (mouse)
4.2 Thuật ngữ về giao diện trong HYSYS
4.3 Màn hình nền (Desktop) của HYSYS : (1) Các thành phần
của Desktop; (2) Chọn lựa ưu tiên (Preferences); (3) Thẻ Tab
mô phỏng (Simulation Tab) (a. Trang Tùy chọn - Options Page;
b. Trang Màn hình - Desktop Page; c. Trang Đặt tên - Naming
Page) ; (4) Thẻ Tab biến số (Variables Tab) (a. Trang Thứ
2
nguyên - Units Page; b. Trang Định dạng - Formats Page)

HYSYS
Tổng quan: Cấu trúc HYSYS & triết lý nền tảng
về công nghệ của cấu trúc đó.
Cơ sở của cấu trúc HYSYS : 3 yếu tố quan trọng
1. Các khái niệm cơ bản, thống nhất: xác định
phương thức cơ bản để xây dựng một Mô phỏng
trong HYSYS
2. Các công cụ công nghệ: xác định cách thức
để HYSYS thực hiện tính toán
3. Các phần tử giao diện căn bản: được sử dụng
để tương tác với HYSYS
Kết hợp cùng nhau => cách tiếp cận trực quan
đến công tác mô hình hóa với HYSYS
3


1. Các khái niệm cơ bản, thống
nhất
Hai khái niệm quan trọng nhất: Khái niệm Flowsheets và Sub-Flowsheets
& Khái niệm Environments

1.1 Kiến trúc dạng Flowsheet (Sơ đồ)
Giả sử chúng ta đang mô phỏng một nhà máy có quá trình
công nghệ lớn gồm nhiều thiết bị quá trình đơn lẻ => Thay vì
cài đặt mọi dòng quá trình và mọi thiết bị vào một
Flowsheet cồng kềnh duy nhất, chúng ta có thể mô phỏng
từng thiết bị bên trong Sub- Flowsheet chuyên biệt của nó
(Flowsheet).
Các Flowsheets của HYSYS được xác định theo các thành phần
của nó như sau:

- Một Gói độc lập về lưu chất (Fluid Package) : bao gồm một Gói về
tính
chất
hóa
lý - Property Package (thí dụ, phương trình trạng thái) và các Cấu tử Components (thí dụ, Methane, Ethane, Propane, Nước).
- Các Đối tượng (Objects) của Flowsheet : Các thiết bị và/hay các
dòng (dòng vật liệu và/hay dòng năng lượng).
- Màn hình PFD: Cửa sổ HYSYS thể hiện biểu diễn đồ họa đối với
bố trí liên kết/hình dáng (topology) của flowsheet, trình bày các mối
liên kết giữa các Object của Flowsheet.
- Sổ làm việc - Workbook: Cửa sổ HYSYS thể hiện thông tin dưới dạng
bảng biểu mô tả các Object của Flowsheet.
4
- Một màn hình nền chuyên biệt (A Dedicated Desktop): Không gian làm
việc chính của HYSYS nơi hiển thị các cửa sổ đối với flowsheet.


1.1 Kiến trúc dạng Flowsheet
Nhìn từ toàn cảnh đối với Flowsheet chính của mô phỏng,
các Sub-Flowsheets chứa bên trong được xem như là các thiết
bị rời rạc có các dòng nhập liệu và dòng sản phẩm.
- Nếu chúng ta chỉ quan tâm đến các dòng nhập liệu vào
và các dòng sản phẩm từ một Sub-Flowsheet, ta có thể
làm việc trong Flowsheet chính một cách đơn giản.
- Nếu chúng ta chỉ muốn tập trung vào các Object (Đối
tượng) trong Sub-Flowsheet, ta có thể đi vào bên trong SubFlowsheet.

5

Hình 1: Flowsheet chính đối với mô phỏng Sour Water Stripper

1.1 Kiến trúc dạng Flowsheet
Sub-Flowsheet của tháp phân tách - column, mà nó có
Workbook và PFD riêng của mình, cho phép chúng ta tập
trung vào các thông tin chỉ thuộc về Sub-Flowsheet đó (H.
2). Sub-Flowsheet của tháp
Trong
phân tách - column, các khay
(MAIN TS), nồi đun (REBOILER)
và bộ ngưng tụ (CONDENSER)
hiện diện như là các thiết bị
đơn lẻ. Tương tự, các dòng
nối với các thiết bị cũng
được phân biệt (thí dụ, To
Condenser - đến bộ ngưng tụ,
Reflux - hồi lưu, Boilup - lỏng
sôi, To Reboiler - đến nồi
đun).
Các dòng của Sub-Flowsheet
được Flowsheet chính quan tâm
gồm: dòng nhập liệu (Feed),
các dòng sản phẩm (Off Gas,
Bottoms) và các dòng phục
vụ (utility) (Cooling Water,
Steam). Các dòng này được
“gắn” với Flowsheet chính để
tạo điều kiện trao đổi thông
tin đến và từ Sub-Flowsheet.

6


1.1 Kiến trúc dạng Flowsheet
Kiến trúc dạng đa Flowsheet của HYSYS có một số ưu điểm
kỹ thuật và chức năng:
- Phân chia nhỏ một quá trình lớn, phức tạp thành các thành
phần nhỏ hơn, ngắn gọn hơn
- Sử dụng một Fluid Package độc lập đối với mỗi Flowsheet
- Xây dựng một thiết bị như là một Template (Khuôn mẫu) của
Flowsheet (thí dụ, một chu trình lạnh hay một hệ thống chắt gạn) và
lưu trữ nó vào đóa. Sau đó chúng ta có thể cài đặt Template này
vào một mô phỏng khác, và dễ dàng kết nối các dòng nhập
liệu và sản phẩm cần thiết như ta đã thực hiện đối với bất kỳ
thiết bị nào khác.
- Sử dụng các Flowsheets chứa trong nhau (nested), tức là có SubFlowsheet bên trong các Sub-Flowsheets khác. Hạn chế hay ngoại lệ
duy nhất về cơ chế chứa trong nhau (nesting) là trường hợp tháp
phân tách columns; nghóa là, ta không thể tạo ra các Sub-Flowsheets
chứa trong các Sub-Flowsheets của column.

Không có giới hạn (ngoại trừ bộ nhớ cần thiết) đối với
số flowsheets có trong một mô phỏng HYSYS.
7
Kiến trúc dạng đa Flowsheet là giải pháp lý tưởng cho việc
sử dụng nhiều gói tính chất (multiple property packages) hay


1.2 Di chuyển đa sơ đồ
Kiến trúc dạng đa Flowsheet của HYSYS có thể được xem là
tương tự như cấu trúc thư mục (directory structure).

- Các Flowsheets và Sub-Flowsheets: Các directories và sub-directories;
- Các dòng và các thiết bị: Các files trong thư mục đó;
- Thông tin về quá trình gắn với các dóng và thiết bị : Nội dung
của các files.

Công cụ đặc biệt của HYSYS, Navigators: Trong một cửa sổ
đơn lẻ, ta có thể truy cập nhanh chóng và dễ dàng một
dòng, thiết bị hay thông số quá trình của bất kỳ một
Flowsheet nào trong mô phỏng đang xét (Hình. 3).

8


1.3 Các Môi trường

Các Environments của HYSYS cho phép ta truy cập và nhập thông tin
trong một khu vực hay “environment” nhất định của chương trình, trong
khi các khu vực khác được đưa vào chế độ “treo - hold” cho đến khi
ta kết thúc công việc trong khu vực đang xét.
Có 5 Environments trong HYSYS.
(1) Basis Environment (Môi trường cơ sở)
Bất cứ khi nào ta bắt đầu một mô phỏng trong HYSYS, ta sẽ khởi
đầu một cách tự động trong Basis Environment. Ở đây ta có thể
tạo dựng, xác định và chỉnh sửa các Fluid Packages được sử dụng
bởi các flowsheets của mô phỏng. Nói chung, một Fluid Package
chứa ít nhất một Property Package, cũng như các cấu tử có trong
thư viện và/hay cấu tử giả định (hypothetical component). Một Fluid
Package có thể chứa các thông tin khác như các thông số phản
ứng và thông số tương tác.
(2) Oil Characterization Environment (Môi trường mô tả tính chất đối

với dầu)
Để mô tả tính chất các lưu chất dạng dầu bằng cách tạo dựng
và xác định Assays (phân tích) và Blends (hỗn hợp). Thủ tục mô
9
tả tính chất các lưu chất dạng dầu sẽ tạo ra các cấu tử giả lập


1.3 Các Môi trường
(3) Main Flowsheet Environment (Môi trường Sơ đồ chính)
Để tiến hành phần lớn các công việc của chúng ta – xác
định hình dáng (topology) của Flowsheet chính trong mô phỏng
bằng cách cài đặt và xác định các dòng, thiết bị và SubFlowsheets.
(4) Sub-Flowsheet Environment (Môi trường Sơ đồ con)
Để xác định hình dáng (topology) của một Sub-Flowsheet cụ
thể. Environment này tương tự như Environment chính là ta có
thể cài đặt các dòng, thiết bị và Sub-Flowsheets.
(5) Column Environment (Môi trường Tháp – tương tự như SubFlowsheet Environment)
Để xác định hình dáng (topology) của một Column SubFlowsheet cụ thể. Thí dụ cho các thiết bị chứa trong một
Column Sub-Flowsheet
là các đoạn tháp làm việc (tray
sections), bộ ngưng tụ, nồi đun và side strippers.
10
HYSYS chứa một số các Templates đã được xây dựng sẵn


Mối quan hệ giữa các Môi trường
Nhớ rằng ta có thể di
chuyển giữa các môi
trường tại bất kỳ thời
điểm nào trong khi mô

phỏng.
Các môi trường tháp
và Sub-Flowsheet được
truy cập từ Flowsheet
chính. Tuy nhiên, đây
chỉ là cách di chuyển
điển hình giữa các môi
trường.
Công
cụ
Navigator cho phép ta di
chuyển trực tiếp từ
một flowsheet đến bất
kỳ một flowsheet nào
khác.
11
Giới hạn duy nhất Hình
là 4 trình bày mối quan hệ giữa các môi
trường khác nhau


2. Sáu bước để xây dựng một Mô
Bước 1: Tạo ra một trường hợpphỏng
mô phỏng (simulation case) mới, và chúng ta
sẽ ở trong Môi trường cơ sở (Basis Environment).
Bước 2: Trong Basis Environment, chúng ta có thể:
- Chọn lựa phương pháp tính toán tính chất hóa lý của lưu chất (property
method) và khai báo các cấu tử tinh khiết (pure components) có trong lưu
chất từ thư viện cấu tử tinh khiết của HYSYS.
- Tạo lập và định nghóa bất kỳ các cấu tử giả định nào.

- Định nghóa phản ứng
Tại thời điểm này, ta có hai sự lựa chọn. Nếu ta có một lưu chất là dầu
cần được mô tả tính chất, ta phải tiến hành Bước 3. Ngược lại, ta tiến
hành ngay Bước 5.
Để truy nhập vào Oil Environment, trước hết ta phải ở trong Basis
Environment.
Bước 3: Đi vào Oil Characterization Environment, mà ở đây ta có thể:
- Định nghóa một hay nhiều Assays (phân tích) và Blends (hỗn hợp)
- Tạo dựng các cấu tử dầu giả lập (petroleum pseudo components) để mô tả
dầu đang xét
Bước 4: Quay về Basis Environment
Bước 5: Đi vào Main Flowsheet environment, mà ở đây ta:
- Xác định hình dáng của Main Flowsheet bằng cách cài đặt các dòng và
các thiết bị
12
- Cài đặt các tháp (column) và/hay các Sub-Flowsheets khuôn mẫu
(template).


3. Các phần tử giao diện căn bản
Ba phần tử giao diện căn bản để tương tác với HYSYS là:
Màn hình PFD, Sổ làm việc Workbook và Cửa sổ Property View.
Không có sự giới hạn về việc các phần tử giao diện nào
có thể được mở tại một thời điểm bất kỳ. Mọi thông tin
hiển thị được tự động cập nhật và là thông tin mới nhất.
3.1 Màn hình PFD
PFD là một biểu diễn đồ họa của flowsheet, trình bày các
kết nối giữa các
dòng và các thiết bị.
Ngoài những công cụ

khác, ta có thể sử dụng
PFD để xây dựng và
khảo sát flowsheet, và
hiển thị các thông tin
chi tiết về quá trình
bằng cách sử dụng các
Bảng cân bằng vật chất
theo ý của mình. Một
13
thí dụ về PFD được


3. 2 Sổ làm việc - Workbook
Thông tin được chia sẻ giữa mọi phần tử giao diện căn
bản, do đó bất kể ta đang mở một/các phần tử giao diện
nào trên màn hình, mỗi phần tử giao diện đều hiển thị dữ
liệu mới nhất.
Sổ Workbook là một tập hợp các trang page và hiển thị
các thông tin dưới dạng bảng. Mỗi trang của sổ Workbook
hiển thị thông tin về một dạng
đối tượng cụ thể,
như là dòng hay
thiết bị. Ta có thể
cài đặt nhiều
trang đối với một
đối tượng đang
xét, hiển thị thông
tin ở các mức độ
chi tiết khác nhau.
Một thí dụ về Sổ

Workbook được
14
trình bày trong
hình.


3. 3 Cửa sổ thông tin về tính chất của đối tượng Property View
Cửa
sổ
property
chứa
nhiều
cửa
sổ
về “các tính
chất”
đối với một
dòng
hay
thiết
bị
với
mỗi
cửa sổ được
truy
cập thông qua
một
thẻ tab. Trong
mỗi
thẻ

tab
có
một
vài 15
trang page chứa


4. Qui ước
4.1 Các từ khóa đối với việc sử dụng mouse
Nút chuột chính (primary mouse button) là nút thường sử
dụng nhất. Đối với đa số người dùng chuột chuẩn hai nút,
nút chuột chính là nút trái, và nút chuột phụ là nút
phải.
- Select, choose, press hay click: Đặt con trỏ vào đối tượng hay
nút bấm quan tâm, và nhấn nút chuột chính (primary) một
lần.
- Double-click: Đặt con trỏ vào đối tượng quan tâm, và nhấn
nút chuột chính (primary) hai lần liên tiếp.
- Click and drag (kéo): Đặt con trỏ vào đối tượng quan tâm,
nhấn và giữ nút chuột chính, di chuyển con trỏ đến vị trí
mới, rồi thả nút chuột chính.
- Kiểm tra đối tượng Object inspect: Đặt con trỏ vào đối
tượng hay nút bấm quan tâm, và nhấn nút chuột phụ
(secondary) một lần.
16


4.2 Thuật ngữ về giao diện trong
HYSYS
Cửa sổ - View: Là một biểu

diễn đồ họa “dạng cửa sổ” bất kỳ
có trong Màn hình nền HYSYS Desktop. Thí dụ như property view đối
với dòng hay thiết bị, hay một cửa sổ thông báo lỗi.
Cửa sổ thông tin về tính chất của đối tượng - Property View: Là
một cửa sổ có nhiều trang page được truy cập thông qua các thẻ
tab. Các cửa sổ property được sử dụng phổ biến trong HYSYS, và cho
phép truy cập mọi thông tin liên quan đến một đối tượng (thí dụ
một dòng hay một thiết bị).
Cửa sổ thể thức - Modal View: Có đường biên dày, và không có
một hay cả hai nút Minimize/Maximize ở góc phía trên bên phải. Ta
không thể di chuyển ra ngoài cửa sổ modal cho đến khi ta đóng
cửa sổ này, hay nhập dữ liệu đòi hỏi. Nói chung, mục đích của
cửa sổ modal là để tập trung sự chú ý của chúng ta vào nhiệm
vụ hiện thời trước khi cho phép ta thực hiện nhiệm vụ kế tiếp.
Cửa sổ property dạng modal - Modal Property View: Là một cửa sổ
property như đã mô tả trên đây, có đường biên dày, và một
chốt Pin ở góc phía trên bên phải. Cửa sổ property dạng modal có
cách hành xử tương tự như cửa sổ modal đã mô tả trên đây, theo
nghóa là ta không thể di chuyển ra ngoài cửa sổ modal cho đến khi
ta đóng cửa sổ này. Tuy nhiên, một cửa sổ property dạng modal có
17
thể chuyển đổi thành cửa sổ không ở dạng modal bằng cách
nhấn chốt Pin.


4.2 Thuật ngữ
về giao diện
trong HYSYS
Nút - Button: thực hiện một
lệnh khi được nhấn.

Thẻ - Tabs: Trong cách
trình
bày với dạng nhiều
trang thông
tin như cửa sổ property hay sổ
Workbooks, các trang được

truy cập nhờ
các thẻ tab ở
phần dưới của cửa sổ. 18
Trang - Pages: Hầu hết


4.2 Thuật ngữ về giao diện trong HYSYS

Hộp danh mục rơi - Drop-down List: Một danh mục các sự lựa
chọn sẵn có đối với một ô nhập thông tin input cell nào
đó; Ô nhập thông tin - Input cell: Một vị trí bên trong một
cửa sổ mà ở đó thông tin được nhập vào và/hay hiển thị.
Các thí dụ như là tên dòng, nhiệt độ, v.v… Trong nhiều
trường hợp, một ô nhập thông tin có một một hộp danh
mục rơi kèm theo; Ma trận - Matrix: Một nhóm các ô dưới
dạng bảng, nhờ vậy ta có thể dịch chuyển với chuột hay
các phím mũi tên của bàn phím; Hộp chọn - Check Box: Các
hạng mục hay cách thiết lập ở trạng thái On hoặc Off. Click
vào một hộp chọn trống sẽ mở chức năng On. Click vào
đó lần nữa sẽ chuyển sang Off; Thanh soạn thảo - Edit Bar:
Nằm ở đỉnh của cửa sổ, được dùng để nhập hay chọn dữ
liệu dạng số hay văn bản; Vị trí hoạt động được đánh dấu

sáng - Active Highlighted Location: vị trí đang ở trạng thái hoạt
động trên một cửa sổ cụ thể thì luôn được biểu thị bằng
cách đánh dấu sáng; Hộp thứ nguyên - Unit Box: nằm kèm
với thanh Edit Bar, hộp này có một hộp các thứ nguyên
dạng danh mục rơi để dùng cho dạng thông số của ô nhập
19
hiện hành; Chỉ báo trạng thái đối tượng - Object Status
Indicator: Nắm ở đáy của mỗi cửa sổ property, nó thể


4.2 Thuật
ngữ về giao
diện trong
HYSYS
Hộp nhóm chức năng –
Group Box: Là một đường
biên được tổ chức bên trong
một trang để nhóm các chức
năng liên quan với nhau,
mỗi hộp nhóm chức năng có
một vị trí riêng.
Nút Radio button: Một tập
hợp các sự lựa chọn, trong
đó chỉ một sự lựa chọn có
thể hiệu lực vào một thời
điểm. Nút Radio buttons
luôn ở dạng nhóm ít nhất là hai.
Nút Close Button: Nút X ở góc phía trên bên phải của cửa sổ,
được sử dụng để đóng cửa sổ.
Các nút Minimize/Maximize Buttons: Ở góc phía trên bên phải của

20
cửa sổ, cho phép ta rút gọn cửa sổ hiện hành thành biểu tượng
(minimize), hay mở rộng cửa sổ ra kích thước cực đại của nó.


4.2 Thuật
ngữ về giao
diện trong
HYSYS
Thanh cuốn - Scroll Bar:
Click vào bên trong thanh
cuốn cho phép chúng ta
truy cập thông tin không
thể hiển thị trong phần
kích thước hiện hành của
menu hay cửa sổ. Thanh
cuốn trong cửa sổ trên đây
là thanh cuốn nằm ngang.
Nút cuốn - Scroll Button: Click và drag (kéo) thanh cuốn
lên/xuống hay trái/phải cũng cho phép chúng ta truy cập
thông tin không thể hiển thị trong phần kích thước hiện
hành của menu hay cửa sổ.
Biểu tượng - Icon: Là một cửa sổ ở kích thước cực tiểu.
Click đôi chuột vào một biểu tượng sẽ mở cửa sổ đó. 21
Biểu tượng của HYSYS có dạng như hình bên.


4.3 HYSYS Desktop
Khi ta khởi động HYSYS,
Màn hình nền HYSYS sẽ

xuất hiện (Hình 9).
Để định lại kích thước của
cửa sổ, click và drag biên
ngoài.
Để cửa sổ có kích thước
toàn màn hình, nhấn nút
Maximize ở góc phía trên
bên phải.
(1) Các thành phần
của Desktop
Thanh Menu Bar: Cho phép truy cập hầu hết các lệnh trong
HYSYS. Mỗi hạng mục trong Menu Bar item có một danh sách
các chọn lựa, một số thực hiện các lệnh (thí dụ, Save),
một số khác mở ra các cửa sổ (thí dụ, Preferences).
Thanh Button Bar: Cho phép truy cập nhanh hầu hết các lệnh
22
tổng quát. Đơn giản chỉ cần chọn nút phù hợp để thực


4.3 Màn hình nền (Desktop) của HYSYS
(1) Các thành phần của Desktop
Cửa sổ trạng thái đối tượng Object Status Window: Hiển thị trạng
thái của thông tin đã nhập đối với các đối tượng (các dòng và
các thiết bị) trong mô phỏng. Cửa sổ này cần thiết cho việc theo
dõi các thông tin chưa biết đối với các đối tượng.
Cửa sổ theo dõi Trace Window: Hiển thị các thông báo trong quá
trình giải (solving messages) đối với các đối tượng khác nhau khi tính
toán chúng. Trace Window cung cấp một hồ sơ dữ liệu cố định
(permanent record) của các thông báo solving messages này dưới
dạng thanh cuốn.

Thanh trạng thái Status Bar: Hiển thị các mô tả kèm theo (Fly-By
descriptions) của một nút bấm hay menu trong HYSYS khi con trỏ được
đặt trên nút bấm này, hay khi một hạng mục của menu được
đánh dấu sáng. Thanh trạng thái cũng thể hiện một hiển thị đơn
dòng của thông báo solving message trong cửa sổ theo dõi Trace
Window.

(2) Chọn lựa ưu tiên

-

Preferences

Phần Preferences trong HYSYS được dùng để thiết lập các
23
thông tin mặc định đối với trường hợp mô phỏng. Các
thông tin này bao goàm Automatic Naming Formats, Units, Colours,


(2) Chọn lựa ưu
tiên được truy cập
Session preferences
thông qua Tools menu (trong Menu Bar)
và tùy chọn Preferences (Hình 10).

Cửa sổ property
của Session
hiện (H.

Preferences sẽ xuất

11).
Chung cho các thẻ

tab là hai
nút bấm dọc theo
phần đáy của
Save Preference Set: Lưu trữ

cửa sổ:
24
Preferences vào một file. Ta có


(3) Tab mô phỏng - Simulation Tab
a. Trang Tùy chọn - Options Page
Trang Tùy chọn trong Hình 11 có ba nhóm: General Options,
Errors,
và Column Options.

25